Tiefengeothermie
Als Tiefengeothermie bezeichnet man die Nutzung der Erdwärme in Tiefen zwischen 400 und 5.000 Meter. Im Vergleich zur oberflächennahen Geothermie sind dort die Temperaturen weitaus höher. Neben der Wärmeversorgung ist Tiefengeothermie auch für die Stromerzeugung nutzbar. Ab einer Temperatur von etwa 90°C ist eine wirtschaftliche Stromerzeugung möglich.
Grundsätzlich unterscheidet die Tiefengeothermie zwischen Hochenthalpie-Lagerstätten sowie Niederenthalpie-Lagerstätten. Zur Stromgewinnung werden aber hauptsächlich Hochenthalpie-Lagerstätten verwendet, da man für Niederenthalpie-Lagerstätten eine weit aus tiefere Bohrung benötigt.
Hochenthalpie-Lagerstätten
Hochenthalpie-Lagerstätten liegen in Gebieten mit geothermischen Anomalien. In diesen Gebieten treten schon in einer Tiefe von 600m bis 2000 m mehrere 100°C heiße Fluide auf. Diese Fluide werden zur Speisung von Nah- und Fernwärmenetzen und als Industriedampf verwendet. Die Fluide können auch zur Stromerzeugung verwendet werden. Hierfür werden die Fluide in einem Zirkulationssystem unter Druck gesetzt, damit sie erst an der Turbine sieden. Dieses Verfahren nennt man auch Flash-Verfahren.
Niederenthalpie-Lagerstätten
Niederenthalpie-Lagerstätten werden dagegen in Gebieten ohne Anomlaien verwendet. Da hier die Temperatur in der Erde sehr unterschiedlich ist, benötigt man auch tiefere Bohrungen. Bei den Niederenthalpie-Lagerstätten unterscheidet man drei Arten der Wärmeentnahme.
Hydrothermale Systeme
Für die hydrothermale Geothermie werden in großen Tiefen natürlich vorkommenden wasserführenden Schichten angezapft. Die hydrothermale Energiegewinnung ist abhängig von der Temperatur zur Wärmegewinnung oder Stromgewinnung einsetzbar.
Petrothermale Systeme
Gesteine in größerer Tiefe weisen eine hohe Temperatur auf. Sofern die Gesteine nahezu wasserfrei sind, kann die darin gespeicherte Energie zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt werden (Hot-Dry-Rock-Systeme: HDR). Um die Wärme dieser Gesteine nutzen zu können, müssen sie von Wasser als Wärmeträger durchflossen werden, das die Energie anschließend an die Oberfläche bringt. Das in der Tiefe vorhandene heiße Gestein wird über Bohrungen erschlossen. Hierbei gibt es mindestens eine Förder- und eine Verpressbohrung, welche durch einen geschlossenen Wasserkreislauf verbunden sind. Zu Beginn wird Wasser mit enorm hohem Druck in das Gestein gepresst. Dadurch werden Fließwege aufgebrochen oder vorhandene aufgeweitet und damit die Durchlässigkeit des Gesteins erhöht. Dieses Vorgehen ist notwendig, da sonst die Wärmeübertragungsfläche und die Durchgängigkeit zu gering wären. Durch Verpressbohrung wird Wasser in das Kluftsystem eingepresst, wo dieses zirkuliert und sich erhitzt. Anschließend wird es durch die zweite Bohrung, die Förderbohrung, wieder an die Oberfläche gefördert.
Tiefe Erdwärmesonden
Sie besteht aus einer 2000 bis 3000 m tiefen Bohrung, in der ein Fluid zirkuliert. Im Ringraum der Bohrung fließt das kalte Wärmeträgerfluid nach unten, um anschließend in der dünneren eingehängten Steigleitung erwärmt wieder aufzusteigen. Derartige Erdwärmesonden haben gegenüber offenen Systemen den Vorteil, dass kein Kontakt zum Grundwasser besteht. Sie sind an jedem Standort möglich.
Welches dieser Systeme verwendet wird hängt von den geologischen Voraussetzungen des Standortes, der benötigten Energiemenge und der benötigten Temperatur ab.