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Mit diesem Bohrkopf werden Bohrungen bis in mehrere tausend Meter abgeteuft.
© Stadtwerke München (Symbolbild)
Geothermie
Themeninfo II/2018

In Deutschland trägt die Geothermie bislang nur wenig zur Energieversorgung bei, verfügt aber für die Zukunft noch über große Potenziale, besonders auf dem Wärmemarkt.
© Stadtwerke München
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Induzierte Seismizität

In Deutschland trägt die Geothermie bislang nur wenig zur Energieversorgung bei, verfügt aber für die Zukunft noch über große Potenziale, besonders auf dem Wärmemarkt. Auch in Deutschland ist die Erde häufiger in Bewegung als Menschen wahrnehmen können. Fachleute sprechen in diesem Zusammenhang von seismischen Ereignissen.

Neben Kohle, Erdgas und geringen Mengen Erdöl verfügt Deutschland noch über einen weiteren natürlichen Bodenschatz, der sich zur Energieversorgung nutzen lässt: Geothermie (Erdwärme). Die Ressourcen der tiefen Geothermie, die unterhalb von 1.500 m zu finden sind, befinden sich in  Thermalwasserschichten (Aquiferen) und Gesteinsschichten mit hohen Temperaturen. Die Vorkommen sind an bestimmte geologische Formationen gekoppelt, d. h., für eine geothermische Energiegewinnung gibt es Schwerpunktregionen. Dort liegen nutzbare Wärmeressourcen näher an der Erdoberfläche und sind deshalb mit Bohrungen kostengünstiger zu erreichen, als es im Durchschnitt in Deutschland zu erwarten ist.

In Deutschland wird Geothermie zur Strom- und Wärmeversorgung eingesetzt. Als nach menschlichen Maßstäben erneuerbare Energiequelle bietet die Geothermie wichtige Vorteile: Sie steht unabhängig von Tages- und Jahreszeiten zur Verfügung, kann damit zur Grundlastversorgung eingesetzt werden und arbeitet nahezu CO2-neutral.

Auch die Geothermie kann, wie andere menschliche Aktivitäten, seismische Ereignisse (Erdbeben) auslösen. Von menschlichen Aktivitäten verursachte Beben heißen induzierte Seismizität. Überwiegend handelt es sich um Mikrobeben, die meistens unterhalb oder knapp oberhalb der menschlichen Wahrnehmungsfähigkeit liegen. Bundesweit bekannt wurden die seismischen Ereignisse in Landau im Jahr 2009 im Umfeld der örtlichen Geothermieanlage. Eine Expertengruppe aus Geologie-Wissenschaftlern kam in ihrem Abschlussbericht zu den dortigen Ereignissen zum Ergebnis, dass die Stärke der Seismizität in einem Bereich lag, „in dem leichte nichtstrukturelle Schäden an empfindlichen Gebäuden nicht mehr vollkommen ausgeschlossen werden können.“ Aus diesen und anderen Ereignissen hat die Energieforschung die Konsequenz gezogen, die Entstehungsmechanismen der induzierten Seismizität und Konzepte zu deren Erfassung und Vermeidung intensiv zu erforschen.

Dieses BINE-Themeninfo stellt die Ergebnisse der Forscher vor, z. B., welche Anlagen im Monitoring untersucht wurden, welche Zusammenhänge zwischen regionaler Geologie und Seismizität bestehen und mit welchen Konzepten sich das seismische Risiko beherrschen lässt.

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Geothermie zur Energieversorgung nutzen

Im Unterschied zu Ländern wie Italien und Island, die vulkanische Wärmevorkommen mit hohen Temperaturen nutzen können, arbeiten aufgrund anderer geologischer Bedingungen die deutschen Geothermieanlagen mit Temperaturen zwischen 100 und 160 °C. Die direkte Wärmenutzung kann bereits heute gegenüber konventionellen Systemen zur Versorgung von Quartieren bestehen, während die geothermische Stromerzeugung künftig nicht mehr im Vordergrund steht. Nach der aktuellen Statistik des Bundesverbands Geothermie waren in Deutschland im März 2018 insgesamt 36 Anlagen der tiefen Geothermie in Betrieb. Diese Anlagen verfügen über eine thermische Leistung von 315 MW. An acht dieser Standorte stehen geothermisch betriebene Kraftwerke, deren elektrische Leistung bei ca. 35 MW liegt. Auch wenn die Geothermie damit nur einen geringen Beitrag zur Energieversorgung Deutschlands leistet, stehen nach geologischen Kenntnissen in der Tiefe noch große Wärmeressourcen zur Verfügung, die künftig erschlossen werden können. Weltweit sind in 78 Ländern, darunter 35 europäische Nachbarstaaten, Anlagen der tiefen Geothermie in Betrieb (Stand: 2015). Die installierte thermische Leistung beträgt etwa 70.000 MW und die elektrische Leistung etwa 12.600 MW.

Was ist ein seismisches Ereignis?

Seismologen nennen jede, in einem kurzen Zeitraum stattfindende Erdbewegung im Erdinneren, die sich mit Messgeräten nachweisen lässt, ein seismisches Ereignis bzw. ein Mikro-Erdbeben oder Erdbeben, je nach gemessener Stärke (Magnitude). Die seismischen Messgeräte (Seismometer) sind sehr leistungsstark und erfassen auch kleinste Bewegungen des Bodens, die unterhalb der menschlichen Wahrnehmungsfähigkeit liegen. So ließ sich bei einem Versuch beispielsweise das synchrone Hüpfen tausender Konzertbesucher in einigen hundert Metern Entfernung mit Seismometern messen. Dieses wissenschaftliche Verständnis liegt diesem Themeninfo zugrunde, wenn im Folgenden von seismischen Ereignissen gesprochen wird. In der Alltagssprache meint der Begriff Erdbeben meistens Ereignisse mit einem größeren Schadenspotenzial sowie Personen- und massiven Sachschäden. Erderschütterungen, die Menschen mit ihren Sinnen wahrnehmen, aber bei denen keine oder minimale Sachschäden zu beklagen sind, werden meistens leichte Beben genannt. Im Zeitraum zwischen 1996 und 2016 haben Überwachungsstationen in Deutschland rund 16.000 nicht oder kaum spürbare Beben registriert, von denen 57,5% auf natürliche Ursachen und 42,5% auf menschliche Eingriffe (z. B. Bergbau) zurückzuführen sind. Oberhalb der Wahrnehmungsschwelle (Magnitude > 3) gab es im gleichen Zeitraum 400 Ereignisse, zu 76% aufgrund natürlicher Ursachen und zu 24% durch menschliche Eingriffe. Davon entfielen in die beiden obersten Stufen der Skala mit einzelnen Gebäudeschäden (Magnitude 4 – 5) bzw. Schäden an mehreren Gebäuden (Magnitude 5 – 6) 26 natürliche Ereignisse und ein menschlich verursachtes. Dieses ging auf einen größeren Einbruch in einem Salzbergwerk zurück. Das stärkste Beben in Zusammenhang mit tiefer Geothermie erreichte eine Magnitude von 2,7.

Das BINE-Themeninfo beginnt mit einer knappen Einführung in die geologischen und geothermischen Grundlagen in Deutschland. Es folgt eine Einführung in das Thema Seismizität: Hierzu gehört die natürliche seismische Gefährdung in Deutschland, die auslösenden Faktoren, die geologischen Grundlagen und mögliche zeitliche Effekte. Es schließt sich ein Kapitel zum seismischen Monitoring an, in dem die untersuchten Regionen und verschiedene Messkonzepte vorgestellt werden. Den Schwerpunkt bilden die Ergebnisse des Forschungsprojekts MAGS, d. h., wie lässt sich das Risiko im Vorfeld einer Bohrung ermitteln und bewerten, welchen Beitrag können Simulationsprogramme und Tools leisten und wie lassen sich fluidbasierte Druckerhöhungen im Untergrund berechnen und überwachen.

In der Rubrik „Standpunkte“ beziehen Dr. Benjamin Homuth, der während seiner Zeit an der Universität Frankfurt das Projekt SiMoN betreut hat, und Dr. Erwin Knapek, Präsident des Bundesverbands Geothermie, Position zur Frage „Wie wird das Thema Seismizität den weiteren Ausbau der Geothermie in Deutschland beeinflussen?“

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Adressen

Projektleitung
BGR

Service

BINE-Themeninfo II/2018
(PDF, 24 Seiten, 3,4 MB)

Referenzen zur Abb. 4
(PDF, 1 Seite, 66 kB)

Glossar
(PDF, 3 Seiten, 94 kB)

Autoren

Margarete Pilger

Dr. Thomas Plenefisch

Prof. Dr. Ulrich Wegler*

Dr. Lars Ceranna

Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), Hannover

* jetzt: Universität Jena

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