Deep Heat Mining Fokus Europa Vortrag: Lia Weiler Geothermie - Prof. Dr. rer. nat. Manfred Koch

Deep Heat MiningFokus Europa

Vortrag: Lia Weiler

Geothermie - Prof. Dr. rer. nat. Manfred Koch

Lia Weiler - Geothermie - SS 2012 2

Inhalt

• Definition• Hot-Dry-Rock Verfahren• Funktionsprinzip • DHM - Projekte in Europa• Unterschied Basel – Soultz• Auswirkungen und Lösungsansätze


Begriffsdefinition

• Methode: • Strom- und Wärmegewinnung durch geothermische

Energie aus künstlich geschaffenem, unterirdischen Reservoir

• Hot-Dry-Rock Verfahren

• Projekt: • Offizielle Bezeichnung des Pilotprojektes zur

Energiegewinnung in Basel• Im Hot-Dry-Rock-Verfahren


Hot-Dry-Rock - Verfahren

• Verwendete Technologie im Deep-Heat-Mining (DHM)

• Auch Hot Fractured Rock, Überbegriff: Enhanced Geothermal Systems (EGS)

• künstliche Aktivierung, keine Nutzung vulkanischer oder tektonischer Anomalien


Funktionsprinzip

Quelle: Neurohr-info.de


DHM-Projekte in Europa

Quelle: DEBRECEN

Quelle: Geothermische Vereinigung e.V.


1977 – 1991 Rosemanowes

• Granit, Porphyres Gestein• Gradient 3-4°C, Bohrtiefe ~1000m • Temperatur < 100°C, lediglich

Tests zum Verhalten des Gesteins und der Rissbildung

• Später zwei 2000 m Bohrung• Probleme mit niedriger und

sinkender Temperatur sowie zu schnellem Wasserdurchlass

• Erkenntnisse: Wasserverluste im Gestein, Geotechnisches Verhalten

Quelle: Rosemanowes Quarry


1984 – 1990 Fjällbacka

Quelle: Wallroth

• Drei Bohrlöcher 70 m, 200 m, 500 m

• Rissstimulation, Reservoirbildung in 450 m Tiefe

• Einrichtung einer dauerhaften 40-tägigen Zirkulation

• Erkenntnisse: Hydromechanisches Verhalten des Reservoirs, Spannungsverteilung in den Bohrlöchern


1978 – 1989 Le Mayet

• Forschungsprojekt• Zwei Bohrungen 780 m und 840

m • Erkenntnisse über:• Langzeit-Wasserzirkulation und

hohe Durchflussraten von 20-30 l/s zum Gesteinsaufbruch

• Mikroseismische Aktivitäten und deren Auswirkungen

• Oberflächenveränderungen, Neigungsänderung

Quelle: DEBRECEN


1977 – 2004 Bad Urach• Gebiet mit geothermischen Anomalien• 1. Phase: Forschungsprojekt zur Erkundung der Geothermie

Bohrung Urach 3, 3334m tief bei 143°C, hydraulische Tests und Frac-Versuche

• 2. Phase: Vertiefung auf 3488m und 147°C, Test: Einbohrlochzirkulation zu hohe Fließwiederstände, Wiederaufnahme des Doublettensystems

• Zweite Bohrung (Urach 4) aus Forschungspolitischen Gründen und zugunsten des Projektes in Soultz nicht bewilligt, sie folgt aber schließlich doch mit 2800m, 103°C

• 3. Phase: Machbarkeitsstudie, Nutzbarmachung der Bohrlöcher 3 und 4 zur Energiegewinnung nicht wirtschaftlich

• Erkenntnisse zu hydraulischem Verhalten, Temperaturfeld, Kluftsystem, Spannungsfeld


1978 – 1983 Falkenberg

• 7 Bohrungen in einem Dreieck von 100m Seitenlänge um eine Arbeitsbohrung in der Mitte, 300 – 500 m tief

• Erkenntnisse: • Seismische Untersuchungen• Zusammenhang zwischen Rissbreite und

Wasserdruck• Risse bleiben aufgrund ihrer Unebenheit auch

ohne Stützmittel weit genug geöffnet


Seit 1987: Soultz sous Forêts

• Nutzung der Erkenntnisse aus Forschungsprojekten

• erstes DHM - Kraftwerk (seit 06/2008)• im Zentrum einer der größten

Wärmeanomalien Mitteleuropas• geologische Bedingungen in Soultz sind

exemplarisch auch für andere Standorte im Oberrheingraben


Soultz sous Forêts

Quelle: EEIG Heat-Mining

• 1. Phase• 165°C• Hydraulische Tests, u.a. ein mehrere Monate

andauernder Zirkulationsversuch• Erkenntnis:

• es können ohne Wasserverluste 25 l/s durch die 450m auseinanderliegenden Bohrlöcher gepumpt werden

• Kreislauf funktioniert beinahe automatisch (250 kWe bei 10MWth)

• 2.Phase• Vertiefung GPK 2, 200°C• Zusätzliche Bohrung von OPS4, 1500m tief , zur

Überwachung der Microseismizität• Erkenntnis:

• Niedrigerer Druck zum Aufbrechen nötig, als erwartet


Soultz sous Forêts• 3.Phase (Projekt Phase 1)

• Injektionsbohrung, zwei Produktionsbohrungen

• Von gleicher Plattform gebohrt

• Überlappende stimulierte Bereiche

• 4. Phase (Projekt Phase 2)• Erbau des Kraftwerks• Versuche zur

Oberflächenaktivität• Zirkulationsversuche (bei

50l/s und 35 l/s)



Soultz sous Forêts

• Zusätzliche Injektionsbohrung

• Betrieb des Kraftwerks• Tiefe 5000 m• 1,5 – 4,5 MWel

• 30 MWth



2006 – 2009 Basel• Projekt etwa 150 km von Soultz entfernt, ähnliche

Bedingungen• Geplant: DHM-Kraftwerk mit geplanten 31 GWh/a Strom

und 45 GWh/a Fernwärme• Injektionsbohrung und zwei Produktionsbohrungen mit je

5000 m Tiefe, bei 200°C• einige Horchbohrungen zur seismischen Überwachung• Zwei Tage nach Einpressen des Wassers: Erdbeben Stärke

3,4 (vgl. Soultz: 2,7) Bohrstopp schon Ende 2006• 2009 vorliegende Risikoanalyse führt zu endgültigem

Abbruch des Projekts, Begründung: zu hohe Kosten, weitere Beben zu erwarten


Warum funktioniert Soultz, Basel aber nicht ?

• Kleine Beben sind normal, da Gestein sich verschiebt• in Soultz hat man das Wasser mit weniger Druck (130

bar) als in Basel (300 bar) in den Untergrund gepresst • Untergrund anders beschaffen als in Basel, hier

herrschen bereits höhere Spannungen im Boden• In Soultz wurde zusätzlich Salzsäure eingesetzt, um

die Klüfte in 5000 Meter Tiefe zu erweitern• Art der entstehenden Wellen wirkt sich auf das

Schadenausmaß bei gleicher Bebenstärke aus


Auswirkungen und Lösungsansätze• Verunsicherte Bevölkerung• Steigende Kosten durch Unterbrechung und Schäden• Ungenutzte Energieressourcen

• Intensivere Bevölkerungsaufklärung, Steigerung der Akzeptanz• Andere Standorte reagieren anders, bei Sedimentgestein

kommen Beben ggf. gar nicht an die Oberfläche• Beben verhindern

• Jung: „[…] zwischen den Bohrungen mehrere kleinere Risssysteme erzeugen, die jedes für sich nur kleine Beben verursachen könnten, in der Summe aber die gleiche Fließleistung böten.“

• Chemikalien anstelle höheren Drucks einsetzen• Bohrungen auf Spannungsarme Gegenden beschränken (mittlerer und nördlicher

Rheingraben)


Fragen Diskussionsbedarf

Kritik


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit


Quellen

• www.geothermie.de• www.geo.science.unideb.hu• http://geothermania.blogspot.de• www.soultz.net

http://www.geothermie.de/

http://www.geo.science.unideb.hu/

http://geothermania.blogspot.de/

http://www.soultz.net/

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