Geothermischer Gradient
Die Temperaturzunahme mit der Tiefe in der Erdkruste; abseits der Plattengrenzen im Mittel etwa 25 bis 30 °C pro Kilometer.
Aus dem Erdinneren strömt Wärme nach außen, gespeist aus der Restwärme der Erdentstehung und dem radioaktiven Zerfall von Uran, Thorium und Kalium in der Kruste. Der weltweite Mittelwert liegt bei etwa 87 mW/m² (Davies und Davies 2010). Das Temperaturprofil der oberen Kruste folgt dem Fourierschen Gesetz:
Dabei ist q die Wärmestromdichte (W/m²) und k die Wärmeleitfähigkeit des Gesteins (W/m·K). Mit typischen kontinentalen Werten von q ≈ 65 mW/m² und k ≈ 2,5 W/m·K ergibt sich ein Gradient von rund 26 °C/km.
Typische Bereiche:
- Stabile kontinentale Schilde: 10–20 °C/km
- Durchschnittliche kontinentale Kruste: 25–30 °C/km
- Sedimentbecken mit isolierender Deckschicht (Pariser Becken, Pannonisches Becken, Oberrheingraben): 35–60 °C/km
- Vulkan- und Riftzonen (Island, Kenia-Rift, Neuseeland, Indonesien): über 100 °C/km, mit Lagerstätten von 250–350 °C in 1–3 km Tiefe
Der Gradient bestimmt, wie tief eine Bohrung für eine bestimmte Temperatur reichen muss, und die Bohrkosten steigen mit der Tiefe steil an. Bei durchschnittlich 30 °C/km braucht es für 150 °C zur Stromerzeugung etwa 5 km, in einem Vulkangebiet unter Umständen weniger als 1 km. Konventionelle hydrothermale Kraftwerke konzentrieren sich deshalb an Plattengrenzen. Regionen mit geringem Gradienten setzen auf Fernwärme aus mittleren Tiefen, oberflächennahe Erdwärmepumpen oder petrothermale Systeme (EGS).
Verwandte Begriffe
Alle Begriffe →- Petrothermale Geothermie (EGS)
Geothermisches Reservoir, das durch Stimulation heißen, gering durchlässigen Gesteins entsteht, meist durch hydraulisches Aufbrechen oder Scheren, sodass Wasser zwischen Bohrungen zirkulieren und Wärme aufnehmen kann.
- Binärkraftwerk (ORC)
Geothermiekraftwerk, in dem heißes Thermalwasser ein separates, niedrig siedendes Arbeitsmedium verdampft, das die Turbine antreibt; so lässt sich Strom aus Vorkommen von etwa 100 bis 180 °C gewinnen.
- Erdwärmepumpe (Sole-Wasser-Wärmepumpe)
Wärmepumpe, die über Erdkollektoren oder Erdsonden Wärme mit dem Boden austauscht und dank stabiler Bodentemperaturen hohe Jahresarbeitszahlen erreicht.
- Fernwärme
Netz aus gedämmten Rohren, das heißes Wasser oder Dampf von zentralen Wärmequellen an viele Gebäude für Raumheizung und Warmwasser verteilt.
- Kapazitätsfaktor
Verhältnis der Energie, die ein Kraftwerk in einem Zeitraum tatsächlich erzeugt, zur Energie, die es bei durchgehendem Betrieb mit voller Nennleistung erzeugt hätte.