Tiefengeothermie zur Grundlastabdeckung

In Hamburg-Wilhelmsburg entsteht eine hydrothermale Geothermieanlage, die künftig als erneuerbare Grundlastquelle das Fern­wärme­netz der Elbinsel speisen soll. Das Projekt zeigt, wie Sektorkopplung im Wärmesektor praktisch funktioniert. 

Mit dem Reallabor „Integrierte WärmeWende Wilhelmsburg“ (IW³) realisieren die Hamburger Energiewerke derzeit ein Tiefengeothermieprojekt von überregionaler Bedeutung. In rund 1300 m Tiefe erschlossen, soll das Thermalwasser künftig die Basis für eine kontinuierliche, klimafreundliche Wärmeversorgung bilden. Eine vierstufige Großwärmepumpenanlage hebt das Temperaturniveau auf Fernwärmestandard. Die Inbetriebnahme ist für 2026 vorgesehen.
Ein wesentlicher Baustein des Projekts ist das hydrothermische Reservoir in einer rund 45 Mio. Jahre alten Sandsteinschicht unter Wilhelmsburg. Das dort anstehende Thermalwasser hat eine Temperatur von etwa 48 °C. Über eine Produktionsbohrung wird das Wasser mit einer Förderrate von rund 140 m³/h gefördert. Nach dem Wärmeentzug wird es über eine Injektionsbohrung wieder in die Tiefe zurückgeführt. Das geothermale Reservoir liefert eine Wärmeleistung von rund 6 MW – und das konstant und wetterunabhängig. Geplant ist, dass damit die Grundlast abgedeckt und fossile Wärmeerzeuger im bestehenden Wärmenetz sukzessive abgeschaltet werden.

Mehrstufige Wärmepumpentechnik 

Da die Temperatur des Thermalwassers nicht ausreicht, um direkt in die Fernwärme einzuspeisen, wird die Wärme über eine mehrstufige Wärmepumpenanlage auf das erforderliche Temperaturniveau angehoben. Im neuen Heizhaus, das derzeit errichtet wird, kommen zwei vierstufige Wärmepumpen mit einer Gesamtleistung von 8 MW zum Einsatz. Hersteller ist die auf Großwärmepumpen spezialisierte Weska Kälteanlagen GmbH aus Sachsen. Die kaskadierte Verdichtung in Stufen verspricht eine hohe Effizienz: Bei einer Leistungszahl (COP) von bis zu 4,5 könne mit geringem Stromverbrauch das Fernwärmeniveau von 75 °C bis 85 °C erreicht werden, heißt es.

Heizhaus und Wärmenetz-Anbindung 

Das Heizhaus entsteht auf über 140 Tiefgründungspfählen von jeweils 11 m Länge. Nach Abschluss der Betonarbeiten werden Maschinenhalle und Betriebsgebäude mit insgesamt rund 1200 m² Nutzfläche errichtet. Parallel läuft die Fertigung der Wärmepumpen im Werk, einschließlich Vorinbetriebnahme-Tests. Die geothermische Anlage wird über eine 1,4 km lange Leitung an das Fernwärmenetz Energiebunker Wilhelmsburg angeschlossen. Rund 80 % dieser Trasse sind bereits verlegt, inklusive eines 35 m langen Tunnels unter Bahndamm und Hauptverkehrsstraße. Eine weitere, etwa 1 km lange Verbindung wird zukünftig die beiden Wärmenetze Energiebunker und Energieverbund zusammenführen.

Integration in die Fernwärme 

Im bestehenden Netz des Energiebunkers stammen bereits etwa 45 % der Wärme aus erneuerbaren Quellen wie Biomethan, Solarthermie und industrieller Abwärme. Die geothermische Grundlast soll den verbleibenden fossilen Anteil deutlich reduzieren. Durch die Kopplung mit dem bestehenden Wärmenetz Energieverbund entsteht ein zusammenhängendes Wärmenetz Wilhelmsburg, das erneuerbare Wärmequellen und industrielle Abwärme technisch vernetzt. Das erweiterte Netz soll künftig nicht nur Bestandsgebäude, sondern auch neue Quartiere wie das Rathausviertel, das Elbinselquartier und das Spreehafenviertel versorgen. Allein die Geothermieanlage hat ein Wärmeversorgungspotenzial für über 6000 Wohneinheiten.

Ausblick

Die schrittweise Inbetriebnahme der Anlage ist für 2026 geplant. Dann wird die Geothermieanlage kontinuierlich Wärme in das Wilhelmsburger Wärmenetz einspeisen und so fossile Grundlast weitgehend ersetzen. Für Hamburg ist das Projekt ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zur klimaneutralen Wärmeversorgung. Es demonstriert, wie Tiefengeothermie und elektrische Wärmepumpentechnik in einem integralen System zusammenspielen können.

Reallabor als Innovationsplattform

Das hier beschriebene Projekt ist Teil des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderten Real­labors IW³ – „Integrierte WärmeWende Wilhelmsburg“. Ziel des Reallabors IW³ ist es, zu zeigen, wie ein zukunftsfähiges Wärmeverbundsystem aus erneuerbarer Wärme funktionieren kann. Dafür werden für den Hamburger Stadtteil Wilhelmsburg neue Technologien ent­wickelt und erprobt. Neben der Energieerzeugung werden Regelungsstrategien, Effizienzoptimierungen und Lastmanagementansätze untersucht. Die Ergebnisse sollen den Weg für weitere Projekte in dicht besiedelten Stadtgebieten ebnen und als Beispiel für moderne, regenerative Wärmeversorgungskonzepte dienen.

3 Fragen an

…an Thomas-Tim Sävecke, Geschäftsbereichsleiter Engineering der Hamburger Energiewerke GmbH.

IKZ: Derartige Groß- und Pilotprojekte
sprengen oftmals die Zeit- und Kostenplanung. Wie schaut es in Wilhelmsburg aus?
Thomas-Tim Sävecke: Inzwischen läuft alles nach Plan und wir wollen in 2026 erste Erdwärme liefern. Aber in der Tat haben wir insbesondere während der Bohrungen mehr Zeit aufgewendet als geplant. Unser ursprüngliches Ziel war es, in über 3000 m Tiefe ein geothermisches Reservoir zu erschließen. Mit unserer Erkundungsbohrung, die wir unter wissenschaftlicher Begleitung erfolgreich runtergebracht haben, konnten wir eine Menge Daten über den Hamburger Untergrund sammeln, die bislang nicht existierten. Leider war jedoch die dortige Schicht nicht ausreichend mächtig und durchlässig, eine geothermische Förderung damit auch wirtschaftlich nicht darstellbar. Aber, wir haben während der Bohrung festgestellt, dass die mächtige Sandsteinschicht auf über 1300 m Potenzial hat. Wir haben diese daher mit weiteren Bohrungen und Tests anschließend untersucht. Schlussendlich wurden wir hier also fündig und konnten erstmalig eine geothermische Wärmequelle für Hamburg erschließen. Die gute Nachricht dabei ist, dass man diese Schicht grundsätzlich wirtschaftlicher und auch an anderen Stellen in Hamburg erschließen kann.

IKZ: Geothermie wurde in Deutschland in der Wärmeversorgung bisher wenig berücksichtigt. Können Sie uns etwas zu den Gründen sagen?
Thomas-Tim Sävecke: Es gibt in Deutschland drei Regionen, die für Geothermie geeignet sind. Jedoch ist ihre geothermische Erschließung unterschiedlich weit vorangeschritten. In und um München und im Oberrhein sind bereits einige Geothermieanlagen in Betrieb. Bei uns im Norden sieht das anders aus. Das bedeutet auch, dass nur wenige spezifische Kenntnisse über den Untergrund vorhanden sind und damit auch das Fündigkeitsrisiko entsprechend hoch ist - also nicht jede Bohrung erfolgreich sein wird. Es besteht also grundsätzlich ein Investitionsrisiko, das bei uns durch die Förderung des Bundeswirtschaftsministeriums abgefedert wurde. Und tatsächlich konnten wir unser Projekt auch nur aufgrund und mit dieser Förderung starten.

IKZ: Lassen sich die in Wilhelmsburg gewonnenen Erkenntnisse auf andere Kommunen übertragen?
Thomas-Tim Sävecke: Wir haben jetzt erstmals genaue Kenntnis darüber, wie der Hamburger Untergrund generell aufgebaut ist.  Allerdings bleibt zu erwähnen, dass selbst in unserer Metropole der Untergrund an jedem Standort schon wieder etwas anders aussehen kann. Das heißt, erst mehrere Bohrungen helfen, die Erkenntnisse über geothermische Reservoire zu erweitern und das Fündigkeitsrisiko weiter zu minimieren. In Hamburg-Wilhelmsburg wollen wir erst einmal die erste Anlage fertigstellen und ausreichend Betriebserfahrung sammeln. Wenn wir auch hier zufrieden sind und die Nachfrage nach ökologischer Wärme entsprechend groß ist, wovon wir ausgehen, dann wollen wir am gleichen Standort eine zweite geothermische Dublette runterbringen.  

www.hamburger-energiewerke.de