Was ist Erdwärme und wie kann diese zum Heizen eingesetzt werden?

Unter der Erdoberfläche, im zugänglichen Teil der Erdkruste, befindet sich thermische Energie. Auch als Erdwärme bezeichnet, steht diese jederzeit zur Verfügung und ist zudem unerschöpflich. In Deutschland wird Erdwärme hauptsächlich in Einfamilienhäuser zum Heizen, Kühlen und zur Warmwasserbereitung, mithilfe von Wärmepumpen, verwendet. Dieser Prozess wird als Geothermie bezeichnet. Erdwärme lohnt sich, nicht nur weil sie kostenlos ist, sondern zu Erneuerbaren Energiequellen zählt und kaum CO2 emittiert.


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Was ist Erdwärme?

Als Erdwärme bezeichnet man unterhalb der Erdoberfläche vorhandene Wärmeenergie. Diese Wärme kann unterschiedliche Quellen haben. So produziert beispielsweise der flüssige Kern unseres Planeten ständig Wärme und kann eine Temperatur von bis zu 6000° C erreichen. Ebenfall produziert der radioaktive Zerfall von Uran und Thorium im Erdmantel thermische Energie. Auch ein Teil der Sonnenenergie kann zur Erwärmung der oberflächennahen Schichten beitragen.

Da die Erdwärme das ganze Jahr über produziert wird, kann diese thermische Energie zum Heizen oder zur Stromproduktion genutzt werden. Bei der Erdwärme handelt es sich übrigens um eine regenerative Energiequelle, die kein CO2 ausstößt und kostenlos ist.

In Deutschland ist die direkte Nutzung der Erdwärme - hydrothermale Geothermie - weit verbreitet. Die direkte Nutzung findet größtenteils in Einfamilienhäusern statt und wird zum Heizen, Kühlen und Warmwasserbereitung genutzt. Hingegen ist die Stromerzeugung aus Erdwärme - geothermische Stromerzeugung - in Deutschland relativ wenig entwickelt. Die indirekte Nutzung der Erdwärme steckt noch in den Anfängen.

Welche Geothermiequellen gibt es?

Die Nutzung der Erdwärme zur Wärme- oder Stromerzeugung kann aus unterschiedlichen Geothermiequellen stammen. Die Einteilung erfolgt zunächst grob in Oberflächennahe Geothermie und Tiefe Geothermie.

Geothermiequellen
Arten von Geothermiequellen Details
Oberflächennahe Geothermie
Nutzung der Erdwärme bis 400 Meter Tiefe
  • Einsatz von Wärmepumpen
  • Nutzung auf jedem Grundstück möglich
  • Weitere Beispiele für Oberflächennahe Geothermie:
  • Geothermie aus Tunneln
  • Geothermie aus Bergbauanlagen
  • Saisonale Wärmespeicher
Tiefe Goethermie
Nutzung der Erdwärme ab einer Tiefe von 400 Meter
  • Einsatz von größeren Anlagen als in der Oberflächennahen Geothermie
  • Ganze Städte können mit Wärme versorgt werden
  • Beispiele für Tiefe Geothermie:
  • Hochenthalpie-Lagestätten: Hohe Temperaturen
  • Petrothermale Systeme: Erdwärme ist im Gestein gespeichert

Nutzungsmöglichkeiten von Erdwärme

Die Erdwärme kann auf zwei Arten genutzt werden: Zum Heizen, dazu zählen das Kühlen und die Warmwasserbereitung, und zur Stromerzeugung.

Heizen, Kühlen und Warmwasserbereitung

Zum Heizen, Kühlen oder Warmwasserbereitung wird die Erdwärme direkt verwendet. Dabei wird die Erdwärme mit verschiedenen technischen Systemen erschlossen und durch Wärmepumpen nutzbar gemacht. Die Erdwärme für das Heizen stammt in Deutschland meistens aus der oberflächennahen Geothermie.

Der Einsatz der Erdwärme zum Heizen, Kühlen oder Warmwasserbereitung findet meistens in Einfamilienhäusern statt. Diese nutzen die Erdwärme mithilfe von Sole-Wasser-Wärmepumpen, auch als Erdwärmepumpen bekannt.

Neben der privaten Nutzung gibt es auch 33 Heizwerke in Deutschland mit einer installierten Wärmeleistung von rund 336,51 MW. Diese Heizwerke gewinnen die thermische Energie aus einer Tiefe unter 400 Meter, also der Tiefen Geothermie.

Stromerzeugung

Erdwärme zur Stromerzeugung

Die Erdwärme für die Stromerzeugung wird anders als beim Heizen indirekt genutzt. Um Strom aus Erdwärme zu gewinnen, muss diese zunächst mithilfe eines Geothermiekraftwerkes umgewandelt werden. Für die Stromerzeugung sind Temperaturen von mindestens 90° C erforderlich, sodass die Erdwärme meistens aus der Tiefen Geothermie entnommen wird.

Eine weit verbreitete Technologie, die zur Stromerzeugung zum Einsatz kommt und in den letzten Jahren weiterentwickelt wurde, heißt Hot-Dry-Rock-Verfahren. Das Prinzip besteht aus dem Erschließen der vorhandenen heißen Gesteine mittels Bohrungen.

Anschließend wird ein unterirdischer Wärmetauscher erzeugt und so von der Oberfläche eingespeiste Wasser kann sich erhitzen. Das an die Oberfläche wieder geförderte heiße Wasser treibt die Turbinen, die an Generatoren angeschlossen sind, an und Strom wird erzeugt.

Welche Vorteile bringt die Erdwärme?

Die Erdwärme bringt viele Vorteile, insbesondere weil sie zu Erneuerbaren Energiequellen gezählt wird und als saubere Energie gilt.

  • Erdwärme kann rund um die Uhr genutzt werden
  • Erdwärme ist vom Wetter unabhängig (anders als z.B. Sonnenenergie)
  • Erdwärme verfügt über einen unerschöpflichen Vorrat
  • Erdwärme produziert kein CO2-Ausstoß und keine Smogbildung
  • Erdwärme schont die vorhandenen konventionellen Energieressourcen
  • Erdwärme ist unabhängig bei Preisschwankungen von Erdöl
  • Bei der Nutzung der Erdwärme entsteht kein Abfall
  • Erdwärme ist auf der ganzen Welt vorhanden

Welche Nachteile bringt die Erdwärme?

Trotz der vielen Vorteile, die die thermische Energie der Erde mit sich bringt, gilt es natürlich auch die Nachteile hervorzuheben, die unter anderem einen ökologischen Einfluss auf die Umwelt ausüben können.

  • Die Erschließungskosten für Privathaushalte können mehrere tausend Euro betragen
  • Die Anschaffungskosten einer Erdwärmepumpe können bis zu 12.000 € betragen
  • Wärmepumpen benötigen für den Antrieb der Pumpen Strom → sind daher nicht 100 % CO2 frei
  • Tiefe Erdbohrungen für Heizwerke können Erdrutsche verursachen
  • Zum Aufstellen von Heizwerken werden große Flächen benötigt
  • Geothermische Dämpfe enthalten nicht kondensierbare Gas → schlecht für den Betrieb der Heizwerke
  • Der Bau von Heizwerken ist sehr teuer
  • Stromerzeugung lässt sich nicht in jeder Region umsetzen, denn hohe Temperaturen in geringen Tiefen sind nicht überall vorhanden

Zukunftsaussicht & Potential von Erdwärme in Deutschland

Für den Bau von Kraftwerken mit Nutzung Tiefer Geothermiequellen eignen sich besonders die nördlichen und südlichen Regionen Deutschlands. Kraftwerke, die in Betrieb sind und Wärme und Strom erzeugen, sind z.B. Geothermiekraftwerk Neustadt-Glewe (Mecklenburg-Vorpommern), Geothermiekraftwerk Landau (Rheinland-Pfalz) und Geothermiekraftwerke Unterhaching (Bayern).

Die Erdwärme als Quelle des Primärenergieverbrauchs hat in Deutschland einen relativen geringen Beitrag. 2014 wurden nur 0,04 % des Primärenergieverbrauchs durch Erdwärme gedeckt. Ob der Anteil Erdwärme zur Stromerzeugung weiter zunehmen wird, ist fraglich. Zur geothermischen Stromerzeugung werden Temperaturen über 150° C benötigt und derartige Geothermiequellen sind in Deutschland noch nicht erschlossen.

Erdwärme als Wirtschaftsfaktor kann sich sehen lassen. 2016 betrug die Anzahl der Arbeitsplätze 20.300. Davon entfielen 19.500 auf die Oberflächennahe Geothermie und 800 auf die Tiefe Geothermie. 2017 wurden Investitionen in dieser Branche in Höhe von 1,3 Milliarden Euro getätigt.

Geothermie in Zahlen

Die direkte Nutzung oberflächennaher Erdwärme - in Form von Wärmepumpen - ist in Deutschland sehr verbreitet. Die Anzahl der Anlagen, deren Erdwärmesonden oder -kollektoren eine Tiefe von bis zu 400 Meter erreichen, liegt mittlerweile weit über 400.000. Deren gesamte Leistung wird auf etwa 4.400 MW summiert. 2019 wurden beispielsweise 20.000 neue Anlagen installiert.

Hingegen Anlagen, die die Erdwärme aus der Tiefen Geothermiequelle nutzen, sind relativ gering. Es werden rund 37 Anlagen, die in Betrieb sind, gezählt. Dabei entfallen 33 der Anlagen auf die Heizwerke (Wärmeproduktion + Heizkraftwerke), 9 Anlagen zählen zu Kraftwerken (Stromproduktion + Heizkraftwerke) und 5 der Anlagen sind Heizkraftwerke (Wärme + Strom). Außerdem befinden sich zusätzlich 3 Anlagen in Bau und 30 weitere Anlagen werden geplant.

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