Detail Diplomarbeit Seoane

Betreuung:

Prof. Dr. rer. nat. Rolf Bracke
Fachhochschule Bochum, Institut für Wasser und Umwelt

Dipl.- Ing. Michael Würtele
Deutsche Montan Technologie GmbH

Zusammenfassung:

Das gegenwärtige Energiesystem mit seiner starken Abhängigkeit von erschöpflichen Energieträgern ist nicht nachhaltig. Daher gehört es zu den großen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts, die Rahmenbedingungen für eine nachhaltige Energieversorgung zu schaffen. Biomasse, Solar-, Wind-, Gezeiten- und Wasserkraft sowie Geothermie stellen Alternativen zur Energieversorgung dar, die ein hohes Entwicklungspotenzial besitzen.

Ziel dieser Diplomarbeit war es, für eine geothermische Stromgewinnung die betriebswirtschaftlichen relevanten Aspekte durch eine Sensitivitätsanalyse aufzuzeigen. Mittels dieser Analyse sind durch Variation der wichtigsten Parameter Temperaturniveau, Förderstrom, Volllaststunden, Verzinsung und Bohrtiefe die wirtschaftlich kostenrelevantesten Faktoren und ihre Auswirkung auf das Gesamtprojekt gezeigt. Diese Parameter wurden gewählt, da sie einen sehr großen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit eines Kraftwerks haben und bei Unterschreitung der geplanten Zielwerte sogar die Wirtschaftlichkeit des ganzen Kraftwerks in Frage stellen. Von der Planungsphase bis zur Stromerzeugung wird ein wirtschaftlicher Weg mit Hilfe von Sensitivitätsanalysen aufgezeigt.
Kapitel zwei gibt einen allgemeinen Einblick in die Geothermie. Dort wird die oberflächennahe bzw. die tiefe Geothermie behandelt. In dem folgenden dritten Kapitel werden sowohl die Grundlagen als auch die Randbedingungen der geothermischen Stromgewinnung erläutert. Des Weiteren sind die verschiedenen Anlagentechniken ORC- bzw. Kalina-Anlage und ihre Funktionsweisen erklärt.
Die Marktbedingungen und das Gesetz zu den Erneuerbaren Energien (EEG) werden im vierten Kapitel besprochen. Hier wird die Marktsituation bzw. staatliche Förderung hinterfragt. Da die Stromgestehungskosten für Energie aus geothermischen Anlagen in Deutschland zur Zeit nicht konkurrenzfähig zu konventionellen Energien sind, behandelt dieses Kapitel die Förderprogramme für stromproduzierende regenerative Energieanlagen, hier geothermische Kraftwerksanlagen.
Die zentralen Themen des fünften Kapitels sind die Planungsphase, die Bauphase für den untertägigen und den obertägigen Bereich sowie die Betriebsphase. Innerhalb des Bereiches Planungsphase wird die Thematik der Erfolgswahrscheinlichkeit zur Erreichung der Mindestfließrate und Mindesttemperatur bei der Erschließung geothermischer Ressourcen zur Stromerzeugung betrachtet. Des Weiteren geht dieses Kapitel auf die Hauptschwierigkeit des Fündigkeits- und damit auch Investitionsrisikos ein.
Die Beschreibung der untertägigen Bauphase befasst sich mit der Bohrtechnik, die heute zwar schon einen technisch ausgereiften Stand hat, aber im Bereich der Geothermie noch Entwicklungspotenzial in Form der Kombination von innovativen zur Verfügung stehenden Bohrverfahren besitzt.

Die Bohrungen werden besonders bewertet, da sie den größten Anteil der Investitionskosten ausmachen. Die Bohrtechnik und die für die Geothermie gängigsten Bohranlagen mit ihren einzelnen Bestandteilen werden erklärt. Ein Einblick in die mögliche Anlagenkonfiguration wird in dem Kapitel "Bauphase für den obertägigen Bereich" gegeben.

Während der Betriebsphase wird gezeigt, welche Auswirkungen die Volllaststunden und das Fördervolumen auf den wirtschaftlichen Betrieb eines Kraftwerks haben.
Das Kapitel sechs stellt aus den davor ausgewerteten Kapiteln die Ergebnisse in Form eines komplexen Beispiels für ein geothermisches Kraftwerk dar, welches für alle folgenden Berechnungen als Referenzanlage verwendet wird. Auf der Grundlage dieser Referenzanlage wird eine Wirtschaftlichkeitsberechnung nach der VDI 2067 durchgeführt. Diese gibt dann Aufschluss über die Stromgestehungskosten unter Verwendung verschiedener Randbedingungen im Vergleich zu anderen regenerativen Energien.

Aufbauend auf diesen Ergebnissen werden Sensitivitätsanalysen durchgeführt, die die kostenrelevantesten Faktoren unter Variation der verschiedenen Parameter berücksichtigen und mit Hilfe von Tabellen und Diagrammen veranschaulichen.