Während der Klimawandel und die Versorgungssicherheit erhebliche Investitionen und Innovationen erfordern, um die Energiewende voranzutreiben, ist der Wärmesektor nach wie vor stark von fossilen Brennstoffen abhängig.

Technologische Fortschritte in der Geothermie haben jedoch die Machbarkeit und Erschwinglichkeit und damit die Attraktivität der geothermischen Wärmegewinnung erhöht.

Ebenso erfahren Großwärmepumpen zunehmende Aufmerksamkeit und politische Unterstützung, um zu einem Schlüsselelement für die Dekarbonisierung der Fernwärmenetze und der Industrie in Europa zu werden.

Die Komplementarität von Wärmepumpen mit erneuerbaren Wärmeerzeugungstechnologien wie Geothermie, ermöglicht eine breite Anwendung von Großwärmepumpen.
Die Präsentation zeigt interessante Konfigurationen und Vorteile von großen industriellen Wärmepumpen in Kombination mit Geothermie, die mit entsprechenden Anpassungen auch auf vielfältige Industrieprozesse angewendet werden können.

Der Vortrag gibt eine Übersicht über die Potenziale und den aktuellen Status von Großwärmepumpen und deren Einsatz in Wärmenetzen . Es werden die Potenziale möglicher Wärmequellen für Deutschland und speziell für Brandenburg aufgezeigt sowie die Entwicklungspotenziale der Großwärmepumpentechnologie im Allgemeinen. Darüber hinaus wird anhand einer Markübersicht und einer Übersicht über Großwärmepumpenprojekte der aktuelle Stand von Großwärmepumpen in Deutschland aufgezeigt.

In den vergangenen vier Jahren hat die Energie und Wasser Potsdam GmbH (EWP) mit Hilfe von seismischen Messungen und dem Abteufen einer Bohrungsdublette das geothermische Potential des Aalen-Sandsteins am Standort Heinrich-Mann-Allee erkundet und erschlossen. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass das Reservoir ausreichend geothermische Energie für eine wirtschaftliche Nutzung liefern kann. Derzeit erfolgen letzte bauliche Fertigstellungen sowie die Inbetriebnahme der Geothermieanlage, um die Erdwärme gewinnen zu können. Mit den nächsten Schritten will die EWP das geothermische Potential im Untergrund von Potsdam erkunden und, bei nachgewiesener Eignung, sukzessive erschließen. Dazu werden in den kommenden Jahren weitere, über das gesamte Stadtgebiet verteilte Standorte untersucht.

Die geologischen Prozesse von vielen Millionen Jahren haben im Untergrund von Potsdam ein intensives Relief hervorgerufen. Das hat auch Auswirkungen auf die Lage und die Eigenschaften der Thermalwasser führenden Horizonte. So variiert die Tiefenlage der Basis des Aalen-Sandsteins im Stadtgebiet von Potsdam um mehr als 1.000 m. Teilweise sind die Schichten auch an Störungen vertikal versetzt. Die damit verbundenen Unsicherheiten und die unzureichende Datenlage erfordern eine umfassende Erkundung. Zu den geplanten Maßnahmen gehören die Erarbeitung detaillierter Studien, die Durchführung seismischer Messungen und, als Ergebnis der Voruntersuchungen, die Abteufung weiterer Bohrungen an geeigneten Standorten. Mit thermohydrodynamischen Modellsimulationen wird die Lage der Standorte bzw. Reservoiraufschlüsse optimiert.

Im ersten Schritt sollen in den Jahren 2025 bis 2026 an zwei Standorten im Süden Potsdams Erkundungsbohrungen abgeteuft und getestet werden. Bei ausreichender Fündigkeit werden diese mit weiteren Bohrungen jeweils zu Dubletten ergänzt, im Verbund getestet und später die obertägigen Anlagen geplant sowie errichtet.

Der Umbau der Fernwärme hin zu einer klimafreundlichen Wärmeversorgung erfolgt auf vielen Ebenen. Die Quellen für die Wärmebereitstellung müssen in Zukunft weitgehend klimaneutral sein. Geothermie, Solarthermie, Bioenergie, PtX und unvermeidbare Abwärme stellen die wichtigsten Quellen dar. Darüber hinaus werden Fernwärmenetze der vierten Generation als Niedertemperatur-Prosumer-Netze ausgelegt werden. Eine Feinsteuerung und effektive Modellierung der zukünftigen Fernwärmenetze über u.a. digitale Zwillinge und „intelligente“ Netze werden sich durchsetzen.

Mitteltiefe Geothermie fand bisher nur in einzelnen Projekten den Weg in die Fernwärmesysteme. Gründe hierfür sind vielseitig. In der Vergangenheit blieben die Gestehungskosten für Fernwärme aus Erdgas (GuD) weit unter den Kosten für Fernwärme aus Mitteltiefer Geothermie in Verbindung mit Großwärmepumpen. Die zu erwartenden Temperaturen der Tiefenwässer zwischen 30°C und 80°C eigneten sich zudem nicht für eine direkte Nutzung in bestehenden Fernwärmenetzen mit Vorlauftemperaturen von 70°C bis 130°C. Für den Temperaturhub notwendige Großwärmepumpen (500kW+) waren nur schwer verfügbar und teuer.

Technische Weiterentwicklungen ändern das Umfeld, u.a. Netztemperaturabsenkung, geringere Temperaturverluste im System und stärkere Temperaturspreizung beim Rücklauf sowie eine bessere Verfügbarkeit bei Großwärmepumpen. Zusätzlich erfordern die neuen gesetzlichen Rahmenbedingungen die Einbindung von klimafreundlichen Wärmequellen, u.a. durch das Gebäude-Energie-Gesetz, das Gesetz zur kommunalen Wärmeplanung und die CO2-Bepreisung.

Die deutlich verbesserten Voraussetzungen für eine stärkere Einbindung der mitteltiefen Geothermie in den Fernwärmemix der Zukunft stehen einem Bündel von Herausforderungen gegenüber. In dem Vortrag werden, am Beispiel von aktuellen Projekten, Prognosen für die Nutzung mitteltiefer Geothermie in Verbindung mit Fernwärmenetzen zur Diskussion gestellt.