Hohe Rücklauftemperaturen - die Achillesferse der Erdwärme (Grundlagen)

Bei der Tiefengeothermie muss das hochgepumpte Thermalwasser nach Entzug der Wärme wieder der wasserführenden Schicht zugeführt werden, um dort das so genannte hydraulische Gleichgewicht zu wahren. Dies hat massive Auswirkungen auf die Wärmenutzung: im Gegensatz zu konventionell beheizten Fernwärmenetzen, bei denen die nicht genutzte Wärme im Kreislauf bleibt, kommt es bei der Nutzung der Erdwärme entscheidend darauf an, möglichst viel Wärme dem Thermalwasser zu entziehen, bevor es wieder dem Boden zugeführt wird. D. h. also, dass die Rücklauftemperatur des Thermalwassers möglichst gering ist. Dies bedingt aber, dass auch die Rücklauftemperatur in den angeschlossenen Kundensystemen möglichst niedrig ist, da nur diese die Rückluftemperatur "herunterziehen" können.

Zum Vergleich: während in konventionell beheizten Fernwärmenetzen hohe Rücklauftemperaturen nur eine leichte Verschlechterung des Wirkungsgrades bedeuten, weil die Rück-Wärme ja im Kreislauf verbleibt, verschwindet diese bei geothermischen Anlagen komplett ungenutzt im Boden. D.h. also, dass das Wasser beim "Gang durch die Heizung" möglichst stark abgekühlt werden muss, je stärker dest besser, in der Messestadt mindestens unter 45 Grad C (alte Regelung) bzw. unter 40 Grad C in der Heizperiode (neue Regelung ab 2015).

Außerdem darf "eigentlich" nur soviel Thermalwasser gefördert werden, wie es der momentane Wärmebedarf gerade erfordert. Wie später gezeigt wird, ist dies aus pumpentechnischen Gründen kaum möglich.

In der Messestadt ist bei allen bis 2015 errichteten Heizanlagen eine maximale RLT von 45 Grad C Auslegungsgrundlage und Vertragsbestandteil, d.h. in der Kundenanlage muss sich ein Temperaturabfall ("Temperaturspreizung") von 35 bis 45 Grad C einstellen, je nach Vorlauftemperatur (80 bis 90 Grad C).

Wie die folgende Grafik zeigt, liegt die thermische Leistung der Erdwärme Riem bei 13,7 MW, wenn die Rücklauftemperatur nicht über 45 Grad C liegt. Bei einer RLT von 60 Grad C sinkt die Leistung schon auf 9,6 MW, bei 70 Grad RLT beträgt sie nur noch 6,8 MW, also gerade mal 50% des Potentials!

Die Grafik links veranschaulicht dies. Sie zeigt die Verteilung gemessener RLTen in der Messestadt in Abhängigkeit der Außentemperatur. Es ist gut zu erkennen, dass außerhalb der Heizperiode - wenn also nur die Warmwasserbereitung Erdwärme benötigt - die RLT zwischen 65 und 70 Grad C weit über der Obergrenze von 45 Grad C liegt. Aber dies ist eigentlich kein Problem, weil der Gesamtwärmebedarf in dieser Phase max. bei 2 MW liegt und dieser "locker" von der Erdwärme gedeckt werden kann. Insbesondere wenn man berücksichtigt, dass die Thermalwasserpumpe minimal 40 l/s fördern "muss" und somit etwa 55% der Maximalleistung aufweist. Darunter geht nichts.

Sobald ein Heizbedarf besteht (Außentemperatur unter 15 Grad C), sinkt die RLT erkennbar auf unter 60 Grad C ab, liegt aber damit immer noch mindestens 15 Grad zu hoch. Das ist durchaus dramatisch, weil in diesen Phasen das Heizwerk Riem "liefern" muss und fehlende Erdwärme durch teures Gas ausgleichen muss.

Nach inoffiziellen Erkenntnissen ist die Grenze, ab der Gas zugeheizt werden muss, derzeit bei ca. +5 GradC Außentemperatur. Eine Erhöhung der Geothermie-Ausbeute durch Absenkung der RLT würde also bedeuten, dass erst bei niedrigeren Außentemperaturen die Verbrennung von Gas nötig ist.