Vortrag von: Alexandros Kavakos, Sherzod Turdaliev 22/1/2014 1 Geothermie

Vortrag von:

Alexandros Kavakos, Sherzod Turdaliev

26/04/23 1Geothermie

Einleitung

Fazit

Fragen

Quellenverzeichnis

Grundlagen HDR

Anwendung


Einleitung


Übersicht Erdwärmenutzung

Quelle: www.georhermie.de

Einleitung


Tiefe Geothermie

- Wärmeanomalien, die mit vulkanischer Tätigkeit einhergehen.

- Mehrere hundert Grad heiße Fluide (Wasser / Dampf) in geringer Tiefe anzutreffen.

Hochenthalpie Lagerstätten

Niederenthalpie Lagerstätten

Hydrothermale Systeme,Wasser wird gefördert, abgekühlt und reinjiziert, im Untergrund vorhandene Thermalwässer zirkulieren zwischen zwei Brunnen über vorhandene natürliche Grundwasserleiter (Aquifere).

Petrothermale Systeme, oft auch HDR-Systeme (Hot-Dry-Rock) genannt: mit hydraulischen Stimulationsmaßnahmen werden im trockenen Untergrund Risse und Klüfte erzeugt, durch künstlich eingebrachtes Wasser oder CO2

Tiefe Erdwärmesonden: das Wärmeträgermedium zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf innerhalb einer Bohrung in einem U-Rohr oder einer Koaxialsonde (dadurch wird wenig Energie extrahiert)..

Grundlagen HDR

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Der Übergang zur petrothermalen Systemen

-Erdwärme ließ sich nur gut an Orten nutzen, die über entsprechend große Heißwasser- bzw Wasserdampfvorkommen verfügten.

-Bohrungen sind teuer und unterirdische Wasservorkommen können auch versiegen.

Ortsabhängigkeit

Neue Technologie:Hot Dry Rock Technik

-Zukünftig weiträumige Nutzung der Erdwärme (auch in Gebieten ohne natürliches Tiefenwasser) entweder zu Heizzwecken oder zur Stromerzeugung.

Quelle: www.thema-energie.net

Grundlagen HDR


Hot Dry Rock Systemen

- Nutzt die im kristallinen Gestein enthaltene Wärme in einer Tiefe zwischen 3.000 und 6.000 Metern.

-Verschiedene Bezeichnungen Hot-Wet-Rock (HWR), Hot-Fractured-Rock (HFR) oder Enhanced Geothermal System (EGS).

Vorteilhaft denn:-Energiequelle immer verfügbar-Witterungsunabhängig-Emissionsfrei-Unerschöpflich

Aber: hohe Investitionskosten und Korrosionsproblematik des mineralreichen Tiefenwassers.

Quelle: www.thema-energie.de

Grundlagen HDR


Funktionsprinzip: HDR Verfahren

-Bohrlöcher in 4000 bis 5000 m in ca. 500m Entfernung

-Wasser mit hohem Druck in das Gestein gepresst (hydraulische Stimulation)-Fließwege werden aufgebrochen oder vorhandene erweitert (Erhöhung der Durchlässigkeit).-großflächiges Netzsystem -Wärme wird aufgenommen und Wasser kommt zur Erdoberfläche (Förderbohrung)

-In einem Wärmetauscher wird die Energie des heißen Wassers auf eine Kühlflüssigkeit übertragen und direkt zur Wärmeerzeugung genutzt

-Heißer Wasserdampf kann parallel auch Turbinen antreiben

-Kondensiertes/ abgekühltes Wasser wird wieder in den Untergrund zurückgepumpt

Quelle: www.wikipedia.org

Grundlagen HDR


Funktionsprinzip: HDR Verfahren

Quelle: www.geothermie.de

Grundlagen HDR


Geologische Voraussetzungen für den großtechnischen Einsatz

Großtechnischer Einsatz möglich, wenn bestimmte Charakteristika im tiefen Untergrund erfüllt:

•Genügend große Fläche für Erzeugung von nutzbaren Wärmetauscherflächen durch Stimulation

•Wirtschaftlich interessantes Temperaturniveau am Standort

•Ausreichende Verbreitung (vertikal u. horizontal) der Gesteinsschicht um langfristige Nutzung zu gewährleisten

•Grundsätzliche Eignung des Tiefenbereichs für den technologischen Prozess (Löslichkeit von Salzen, Schwermetallen u. Eisen-Manganverbindungen)

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Europäisches Projekt „HDR Soultz-sous-Forêts“ in Frankreich (1987-2011)

Anwendung

Geothermie

Quelle: www.soultz.net

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Anwendung

Geothermie

Geophysische Daten

an der Grenze von Rhein Graben

Ort mit vielen abgenutzten Ölbohrungen

Temperaturanomalie in der Erdtiefe

Granitgesteine in Tiefe 5000 m


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Petrothermales Stromwerk

Prinzip: Hot-Dry Rock Verfahren

1 Injektions- + 2 Förderbohrungen

Geplante inst. Leistung: 6 MWel

Thermische Leistung: 10 MW

Anwendung

Geothermie

Das Konzept


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Anwendung

Geothermie

1987 - 1997 – Projektanfang: Einschätzung der Realisierungsmöglichkeit, Potenzialuntersuchung, erste Bohrungen, Stimulation, Experimentelle Wasserzirkulation

1998 - 2001 - Vertiefung der Förderbohrung, Stimulation

2001 - 2004 - Phase 1: Bohrung der Injektions- und Förderquellen, ihre Stimulation und Reservoirsbildung

2005 - 2008 - Phase 2: Aufbau der Stromwerks, wissenschaftlicher Testbetrieb

2008 - 2010 - Aktueller Betrieb

Ab 2011 - perspektive Erweiterung des Werks je nach Ergebnisse von weiteren Untersuchungen und Werkbetriebs bis 25 MW (el)

Projektphasen

1. Untersuchungsbohrung Injektionsbohrung - GPK 1 Förderbohrung - GPK 2 Bohrungstiefe - 3600 m Bohrungsabstand - 450 m Gesteintemperatur - 165 ºC

2. Stimulation und Reservoirsbildung

Ergebnisse dieser Phase Wasserzufuhr und Entnahme - 25 l/s Wassertemperatur - 142 ºC Energieausbeute - 10 MW (therm)

Vorteil: Kein WasserverlustNachteil: höhe Salzgehalt im Wasser (100 g/l)

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Anwendung

GeothermieQuelle: www.soultz.net

Periode 1987 – 1997

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Vertiefung der Förderbohrung GPK2 (künftige Injektionsbohrung) Tiefe - 5000 m Gesteintemperatur - 200 ºC Reservoirvolumen - 23400 m3

Wasserentnahme - 40 l/s Druck - 14.5 MPa

Vorteil: höhere Volumenstrom und TemperaturNachteil: Höhere Druck für die Stimulation erforderlich

Anwendung

Geothermie

Periode 1998 – 2001


Weitere Bohrungsarbeiten:

Bohrung der GPK 3 (Injektion)und GPK 4 (Förderung) Tiefe - 5000 m Abstand - 600 m

Stimulation von beiden Bohrungen,

Reservoirsbildung

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Anwendung

Geothermie

Phase 1 (2001 – 2004)


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Anwendung

Geothermie


Inbetriebnahme des wissenschaftlichen Pilotanlage-Stromwerks mit 1.5 MW(el.) Leistung

Thermale Leistung 10 MW

Testbetrieb

Phase 2 (2005 – 2008)

Heutzutage: Elektrische Leistung 1.5 MW Thermische Leistung 11 MW Wassertemperatur 200 ºC Wasserentnahme 40 l/s

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Perspektive Erweiterung: Elektrische Leistung 6 MW Thermische Leistung 25 MW

Anwendung

Geothermie

Aktuell

Quelle:www.bine.info

Die große Geothermieprojekte sind realisierbar Wirtschaftlichkeit ab bestimmten Leistungen gewährleistet Umweltfreundlich Fast keine Wasserverluste Langzeitige und sichere Energieversorgung Stimulierung der weiteren Forschungsarbeiten Bei weiteren Entwicklung der Bohrungstechnik die tiefere Bohrungen, bzw.

Entnahmetemperaturen und Leistungen möglich

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Projektergebnisse

Fazit

Geothermie

Wirtschaftliche und technische Anforderungen: Erdwärmewerke von 25 bis100 MWh/a Stromproduktion sind wirtschaftlich

sinnvoll Bohrtiefe ab 5000 m Wassertemperatur ab 200 ºC Ausreichende Größe des Klüftsystems zwischen Bohrungen Wasserförderung von 50 bis 100 l/s Wärmetauschfläche von 3 bis 10 km²

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Problemen und Risiken: Nicht genug erforschte Ergebnisse von tiefer Bohrung Mögliche geologische Änderungen im Erdstruktur Risiko ein Erdbeben hervorzurufen Teuere Bohrungsarbeiten (1 km = 1 Mln. €, 70 % der Kosten) Höhe Kosten von Bohrungsanlagen, ihre schnelle Abnutzung

Paradoxon: Um evtl. negative Auswirkungen von tiefen Bohrungen zu verstehen sind weitere Bohrungen und ihr Betrieb erforderlich!!!

Fazit

Geothermie

•Kaltschmitt M.,Wiese A.,Streicher W.: Erneuerbare Energien Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit und Umweltaspekte, London: Springer, 2006 •Crastan V.: Elektrische Energieversorgung 2, München: Springer, 2003 •Ruhr-University Bochum, Chair of Energy Systems and Economics, Auszug aus dem Bericht Utilisation of deep geothermal energy for heating purposes bei Kattenstein T.,2005•Auszug aus dem Bericht The European Hot Dry Rock Project at Soultz bei Baumgärtner J.•Taugs R.: Tiefengeothermisches Potenzial in DE, Geologisches Landesamt Hamburg, Hamburg: TUHH, 2007•Deutsche Energie-Agentur, www.thema-energie.de•The Free Encyclopedia Wikipedia, www.wikipedia.org •HDR Soultz Project, www.soultz.net •GtV Bundesverband Geothermie, www.geothermie.de

Quellenverzeichnis


Fragen

Vielen Dank

für

Ihre Aufmerksamkeit Wir stehen Ihnen gerne für Fragen zur Verfügung!

Documents

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