Die Erzeugung nutzbarer Energie aus geothermischen Quellen ist sehr kostengünstig
Wenn wir Leute über erneuerbare Energien sprechen hören, sind Solar- und Windenergie normalerweise die ersten Quellen, die uns in den Sinn kommen. Aber was ist mit den anderen? In diesem Artikel werden wir uns auf die Kosten für Geothermie konzentrieren. Geothermie ist eine erneuerbare Energiequelle mit sehr hohem Potenzial, die unserer Meinung nach sowohl bei der Erzeugung von Strom als auch von Wärme- / Kälteenergie unterschätzt wird.
Zuerst definieren wir, was es ist und wie wir es in Energie umwandeln. Dann werden wir die Kosten aufschlüsseln, um zu sehen, ob es wirklich ein Anwärter auf dem immer erschwinglicheren Markt für erneuerbare Energien ist.
Was ist Geothermie?
Haben Sie sich schon einmal in einer heißen Quelle entspannt? Dann sind Sie mit Geothermie bereits besser vertraut, als Sie denken. Geothermie, als alles, was „von oder in Bezug auf die innere Wärme der Erde“ ist, wird aus Wärme erzeugt, die kontinuierlich in der inneren Schicht des geschmolzenen Gesteins der Erde erzeugt wird.
Warum ist diese Schicht so heiß, fragst du? Weil es voller radioaktiver Elemente und Metalle wie Uran und Kalium ist. Diese Materialien verfallen auf natürliche Weise und der Prozess erzeugt viel Wärme. (Eine interessante Anmerkung, hier bekommen wir das Uran, um Kernenergie zu machen. Lesen Sie unseren Beitrag Ist Kernenergie erneuerbar? um mehr zu erfahren. Hinweis: Die Antwort liegt beim verwendeten Uran!)
Wie machen wir Energie aus dieser unterirdischen Wärme?
Ok, jetzt wissen wir, dass es dort unten heiß ist, aber wie nutzen wir die unter Gestein eingeschlossene Wärme, um Energie zu erzeugen? Tolle Frage! Über Jahrtausende sickert Regenwasser in die Erdoberfläche und sammelt sich in unterirdischen Stauseen, wo das heiße geschmolzene Gestein das Wasser erwärmt. Brunnen, die bis zu 10.000 Fuß unter der Erde gebohrt wurden, bringen diese heiße Flüssigkeit an die Oberfläche, um in einer Geothermieanlage Strom zu erzeugen.
Es gibt drei verschiedene Arten von geothermischen Kraftwerken: Flash steam, binary Cycle und dry steam. Während jeder anders arbeitet, implementieren alle das gleiche grundlegende Design, heißes Wasser und Dampf aus dem Boden zu ziehen, um Turbinen zu drehen, die dann mechanische Elektrizität erzeugen.
Die Mehrheit der geothermischen Kraftwerke sind Flash-Dampf-Anlagen. Die Art der Anlage wird jedoch durch die Eigenschaften und den Standort jedes geothermischen Feldes bestimmt. Schauen Sie sich dieses Video an, um einen genaueren Blick auf den Prozess der Erzeugung von Geothermie aus einer Flash-Dampfanlage zu werfen.
US-Landschaft der Geothermie
Die Vereinigten Staaten sind mit Abstand der größte Produzent von Geothermie. Die erste Geothermieanlage der USA, der Geysirkomplex, befindet sich in Nordkalifornien und ist immer noch die größte Geothermieanlage der Welt! Es besteht aus mehr als 20 geothermischen Produktionsanlagen.
Die Mehrheit der westlichen US-Bundesstaaten ist reich an geothermischen Ressourcen, da es in der gesamten Region eine Vielzahl von ‚Hot Spots‘ gibt, an denen die Erdkruste dünn ist und das heiße Wasser an die Oberfläche steigen kann. Dies führt zu natürlichen heißen Quellen und Geysiren wie im Yellowstone National Park, wo das Wasser 430 ° Fahrenheit erreichen kann.
Abgesehen von ‚Hot Spots‘ kann Geothermie mit Hilfe von Erdwärmepumpen nahezu überall genutzt werden. Genau so halten Tausende von Gebäuden und Häusern in den USA ihre Temperaturen aufrecht, da Geothermie nicht nur Strom produzieren, sondern auch zum Kühlen und Heizen genutzt werden kann.
Geothermie vs. Sonne und Wind
Okay, es ist jetzt klar, dass wir Wärme aus dem Untergrund als saubere und kostenlose Energiequelle nutzen können. Aber worum geht es in der ganzen Aufregung? Ist Geothermie wirklich besser als andere entwickelte erneuerbare Energien wie Sonne oder Wind?
Der Brennstoff, der geothermische Kraftwerke antreibt, ist 24 Stunden am Tag, 365 Tage im Jahr verfügbar und dient somit als Primärenergiequelle. Dies ist etwas, was Solar- und Windkraft nicht bieten können.
Sie haben wahrscheinlich schon von der intermittierenden Natur vieler erneuerbarer Energiequellen gehört – wir können uns nicht darauf verlassen, dass die Sonne scheint oder der Wind im selben Moment weht, in dem wir einen hohen Energiebedarf haben.
Dies ist ein wichtiger Grund, warum wir uns weiterhin auf fossile Brennstoffe wie Kohle und Erdgas verlassen mussten. Diese konventionellen Energiequellen dienen aufgrund der Stabilität und Konsistenz der von ihnen bereitgestellten Energie als primäre oder Grundlast-Energiequelle im Stromnetz.
Während Solar- und Windenergie immer noch nicht in der Lage sind, mit diesen Schwergewichten mit hohem Kohlenstoff-Fußabdruck zu konkurrieren, wenn es um die Bereitstellung von Grundlaststrom geht, kann Geothermie dies tun. Es kann konstant mit einer Verfügbarkeitsrate von über 90% betrieben werden (der Prozentsatz der Zeit, in der die Anlage Energie produziert). Das ist beeindruckend, vor allem im Vergleich zu Kohle, die bei 75% Verfügbarkeit sitzt.
Darüber hinaus schwankt der Preis nicht wie der Preis für Öl, Gas oder Kohle. Es bietet stabile und saubere Energie ohne die Volatilität der Energiepreise für fossile Brennstoffe. All diese Faktoren zusammen schaffen eine wettbewerbsfähige Energiequelle, die eine Einsparung Gnade für den US-Energiemarkt sein könnte.
Nachhaltigkeit der Geothermie
Ok es ist erneuerbar, aber ist es nachhaltig? Können wir dieses unterirdische Wasser unbegrenzt ohne negative Auswirkungen weiter nutzen? Die Nachhaltigkeit der Geothermie wurde durch den laufenden Einsatz der weltweit ersten Geothermieanlage in Italien bewiesen, die seit 1913 in Betrieb ist.
Während der Dampf- und Wasserdruck in einigen Anlagen zurückgegangen ist, haben wir jetzt die Möglichkeit, das Abwasser nach dem Gebrauch durch den Brunnen wieder in den Boden einzubringen, wodurch die Lebensdauer des Reservoirs verlängert wird.
Die Erdkruste erschließen: Geothermie kostet
Kommen wir zum Kern der Sache: den Kosten. Der ‚Treibstoff‘ der Geothermie, die Wärme, die von der Erdkruste abgegeben wird, ist kostenlos! Sobald das Kraftwerk gebaut wurde, sind die Kosten für Geothermie von Tag zu Tag niedrig. Betrieb und Wartung reichen von 0,01 bis 0,03 US-Dollar pro kWh für ein durchschnittliches Geothermiekraftwerk in den USA.
Die Kapitalkosten im Vorfeld sind jedoch nicht so gering. Die Installationskosten von Geothermiekraftwerken umfassen: Exploration und Bewertung von Ressourcen; Brunnenbohrungen; Feldinfrastruktur; Bau von Produktionsanlagen und Netzanschluss. Nach Angaben des US-Energieministeriums (DOE) betragen die Anschaffungskosten für das Grundstück und den Bau einer Geothermieanlage in den USA rund 2500 US-Dollar pro installierter kW.
Wenn wir eine Vorstellung davon bekommen wollen, wie diese Kosten im Vergleich zu anderen Energiequellen aussehen, sollten wir uns eine sehr umfassende Messung der Energieerzeugung ansehen, die als Levelized Cost of Energy (LCOE) bezeichnet wird.
Keine Panik, wir werden keine Formeln auslegen. Die Grundidee dahinter ist, alle fixen und variablen Kosten einer Energieanlage zu kombinieren und dabei zu berücksichtigen, wie viel Energie die Anlage für wie viele Jahre produzieren kann.
Das Endergebnis ist eine Metrik, mit der wir objektive Vergleiche zwischen einer Energiequelle und der nächsten anstellen. Es ist auch das, was Investoren verwenden, um zu entscheiden, ob eine bestimmte Art der Energieerzeugung angesichts der verschiedenen Kosten, die sie erfordert, kommerzialisiert werden kann.
Das DOE sammelte Informationen über zukünftige Energieanlagen, die zwischen 2018 und 2022 mit der Stromerzeugung beginnen sollen. Sie fanden heraus, dass die geschätzten Gesamtsystem-LCOE für eine Geothermieanlage 44 USD / MWh betragen (S. 7), die niedrigsten LCOE aller anderen Energiequellen.
Um Ihnen eine Vorstellung davon zu geben, wie niedrig diese 44 USD / MWh sind, sollten Sie überlegen, wie sie sich gegenüber traditionellen Quellen behaupten: Erdgas rangierte zwischen 54 USD und 100 USD / MWh (abhängig von der Art der Produktionsanlage), während Kernkraft kam bei 96 USD / MWh an. Kohle fehlt in dieser Liste, da bis 2022 keine „sauberen“ Kohleanlagen gebaut werden sollen, die den Richtlinien der Produktionsanlagen entsprechen.
Interessanterweise schlug die Geothermie sogar andere erneuerbare Energien! Solar kam bei $ 73.7 / MWh, Onshore-Wind bei $ 55.8 / MWh und Wasserkraft bei etwa $ 64 / MWh. (Als Anmerkung enthalten diese Zahlen keine Steuergutschriften der US-Regierung.)
Verweilende Fragen
Also, wenn Geothermie so billig und so sauber ist, warum verwenden wir dann nicht mehr davon in den USA? Tolle Frage. Obwohl die USA das führende Land in der Geothermieproduktion sind, haben sie weniger als 0,6% ihrer geothermischen Stromressourcen erschlossen.
Eine Vielzahl von Faktoren tragen zu dieser mangelnden Erschließung bei, darunter hohe Vorabinvestitionskosten, eine geringe Nachfrage und die mit Erkundungsbohrungen verbundenen Risiken (S. 3). Darüber hinaus lief die 2008 eingeführte Steuergutschrift des Bundes in Höhe von 30% für Geothermiesystemkosten Ende 2016 aus (dies ist dieselbe Gutschrift, die der Bundesgesetzgeber für Solaranlagen gewährt hat). Die geothermische Energieerzeugung in den USA wächst jedoch weiter. Der aus Geothermie erzeugte Strom soll sich in den USA bis zum Jahr 2040 vervierfachen.
Das letzte Wort zur Geothermie
Die Geothermie ist auf dem Vormarsch, sowohl national als auch international. Es wird in mehr als 80 Ländern erzeugt und deckt den Strombedarf von 60 Millionen Menschen auf der ganzen Welt. Diese wirtschaftliche und zuverlässige Energiequelle wird weiterhin in zunehmendem Maße genutzt, da der Druck gegen die Verwendung fossiler Brennstoffe steigt und die Welt nach einer stabilen, sauberen Energiealternative sucht. Dieses Potenzial ist bei der Geothermie vorhanden.
Wenn wir die gesamte von der Erde emittierte Wärme innerhalb von etwa 30.000 Fuß von der Oberfläche kombinieren würden, könnten wir 50.000 mal mehr Energie erzeugen als alle globalen Erdgas- und Ölquellen zusammen! Das ist viel Wärme und viel Energiepotenzial.