„Kleine Revolution“ für die Geothermie
Ein sächsischer Ingenieur hat eine neue Technologie entwickelt, welche die Erdwärme-Nutzung unter gewöhnlichen geologischen Bedingungen wirtschaftlich macht. Die Pilotanlage läuft bereits im sächsischen Coswig.
Nur ein leises Summen dringt aus der Luke auf dem sauber eingefassten Hochbeet hinter einem Wohn- und Geschäftshaus in Coswig. Sobald Dr. Jochen Hamann den Deckel lüftet, lässt sich die hier untergebrachte Verdichterstation wesentlich deutlicher vernehmen. Sie ist das Herzstück einer Geothermieanlage, mit der Hamann in der Branche „eine kleine Revolution“ auslösen will. Denn die Anlage holt die 88 kW Wärmeleistung, mit denen sie das Haus beheizt, unter durchaus gewöhnlichen geologischen Bedingungen aus zwei nur jeweils 150 m tiefen Bohrungen im Untergrund der Stadt bei Dresden.
„Wir können die Wärmeleistung gesichert anbieten, unabhängig von den Eigenschaften des Gesteins“, erklärt Hamann, Erfinder der Technologie und Niederlassungsleiter der Klett Ingenieur GmbH in Meißen. Um die Technologie künftig konzentriert weiter entwickeln und vermarkten zu können, hat er inzwischen mit mehreren Partnern eine eigene Gesellschaft, die Amotherm AG, gegründet.
Bei der neuen Technologie werden die geringen Temperaturunterschiede im Erdinneren von 4,5 Kelvin stark aufgespreizt: Herrschen unmittelbar unter der Erdoberfläche etwa 10 °C, sind es 150 m weiter unten etwa 14,5 °C. Als Betriebsstoff dient das als Kältemittel bekannte Ammoniak, das in flüssiger Form auf minus 20 °C oder tiefer abgekühlt wird. In etwa 3 m Tiefe gegen die warme Wand des Stahlrohrs im Erdinneren gespritzt, läuft das Ammoniak durch die Schwerkraft nach unten, nimmt durch die große Temperaturdifferenz zum umgebenden Gebirge Wärme auf und verdampft dabei, bevor es den Boden des Rohres erreicht.
Der Dampf wird durch einen drehzahlgeregelten Verdichter ständig aus dem Rohr abgesaugt. Dieses variable Aggregat stellt auch das Druckgleichgewicht in der geothermischen Tiefensonde ein. Da die Verdampfungstemperatur druckabhängig ist, kann sie so auch bedarfsabhängig beeinflusst werden. Im Verdichter wird das Ammoniak auf etwa 20 bar Druck sowie etwa 130 °C Temperatur gebracht. In einem Wärmetauscher gibt das Ammoniak die gewonnene Wärme an das Heizsystem ab und kondensiert bei etwa 50 °C. Nach einer Kühlung durch den Heizungsrücklauf kann es schließlich im Bohrloch abermals verdampft werden. Das 50 °C heiße Warmwasser, das im Wärmetauscher gewonnen wird, gelangt in die Heizzentrale im Keller des Wohn- und Geschäftshauses und wird dort in einem gängigen Niedertemperatur-Heizsystem verwendet.
Dreimal am Tag legt der 30 kW starke Verdichter tarifbedingt eine Pause ein, um die Leistungsspitzen im Stromnetz der Stadtwerke Coswig zu meiden. Dann sinkt die Vorlauftemperatur des Heizsystems bis auf 38 °C. Das Brauch-Warmwasser wird durch einen Warmwasser-Speicher gepuffert. Sobald der Verdichter wieder anläuft, sorgt eine spezielle Steuerung dafür, dass die reguläre Vorlauftemperatur schnell wieder erreicht ist: Das drehzahlgeregelte Aggregat läuft zeitweise mit erhöhter Leistung und senkt so den Druck in der Tiefensonde ab, wodurch die Temperatur des flüssigen Ammoniaks auf bis zu minus 30 °C sinkt.
Dadurch steigen Temperaturdifferenz, Verdampfungsleistung und letztlich auch die Heizleistung. Sobald die Vorlauftemperatur wieder 50 °C erreicht, lässt die Steuerung den Verdichter wieder laufen. „Auf diese Weise können wir auch unterschiedliche Eigenschaften des Gesteins im Untergrund ausgleichen“, erklärt Hamann. So ist bei Sandboden, der die Wärme schlechter leitet als etwa Granit, eine niedrigere Ammoniaktemperatur für die gleiche Wärmeleistung nötig.
Auch in Coswig wird sie im Laufe der Jahre langsam sinken müssen. Denn die Anlage entzieht dem Untergrund um die Bohrlöcher mehr Energie, als der natürliche Wärmestrom nachliefert. „In 20 Jahren ist der Boden in 15 m Radius um die Bohrlöcher ausgekühlt“, so der Ingenieur. „In 40 Jahren sind es 25 m.“ Damit die Baumwurzeln nicht einfrieren, haben die Rohre auf den obersten 4 m sogar eine Wärmedämmung. Noch wichtiger ist eine absolute Dichtheit der Anlage, damit das giftige Ammoniak nicht entweicht. Bei der Genehmigung der Anlage, die von den Technischen Werken Coswig errichtet wurde, prüften die zuständigen Behörden deshalb laut Hamann „sehr intensiv, gründlich und konstruktiv“. STEFAN SCHROETER
Pilotanlage
Die Coswiger Geothermieanlage ist weitgehend aus kostengünstigen Standardmodulen der Heizungs- und Anlagentechnik aufgebaut. Zwar liegen ihre einmaligen Investitionskosten mit etwa 100 000 $ mehr als fünfmal so hoch wie bei einem gängigen Gaskessel. Allerdings bleiben die jährlichen Stromkosten mit 2500 $ bis 3000 $ um das Dreifache unter den Gaskosten für den Kessel. „Nach den heutigen Strom- und Gaspreisen ist die Kilowattstunde Wärme mit unserer Anlage um nur 0,4 Cent teurer als beim Gaskessel“, hat Dr. Jochen Hamann ausgerechnet. „Damit haben wir eine Pilotanlage, die sofort wirtschaftlich arbeitet.“
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