Risiken bei der Erschließung von geothermischen Anlagen
Björn Schütte
Geothermie SS2011
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Risiken
Geologische Umweltrisiken Wirtschaftliche Risiken Risiken
Übersicht
Björn Schütte
Geologische Risiken
- Lagerstättentemperatur- Thermalwasserförderrate- Physikalische Eigenschaften des Gesteins- Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen- Verkarstungen- Erdbeben- Bohrlochstabilität
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Geologische Risiken
Lagerstättentemperatur
- Durch Bohrungen erkundet(meist durch Industriebohrungen)
- In 2000m Tiefe Norddeutsches Becken, Oberrheingraben und Molassebecken gut erkundet
>80°C Heizen>120°C Verstromung
Leibniz Institut für angewandte Geophysik, Hannover
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Geologische Risiken
Lagerstättentemperatur
- Risiko besteht in größeren Tiefen
- in 3000m Tiefe Oberrheingraben nur noch mäßig erkundet
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Geologische Risiken
Thermalwasserförderrate (Hydrothermale Geothermie)
- Schichten mit großer Durchlässigkeit- Schichten müssen Wasser führen (Aquifere)
OberrheingrabenOberer MuschelkalkMittlerer Buntsandstein
Norddeutsches BeckenUnterkreide SandsteineDogger Sandsteine
MolassebeckenMalm
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Geologische Risiken
Thermalwasserförderrate (Hydrothermale Geothermie)
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Geologische Risiken
Physikalische Eigenschaften des Gesteins
Wärmeleitfähigkeit gibt an wie schnell die entzogene Wärme nachgeführt werden kann
Bei geringerer Wärmeleitfähigkeit als erwartet, muss die Förderrate reduziert werden
Gestein Wärmeleitfähigkeit l [W/(m·K)]
Kalkstein 2-2,5
Sandstein 1,8-5
Dolomite 2,2-5,3
Quarzite 3,5-7
²][W/mΔz
ΔTλq
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Geologische Risiken
Physikalische Eigenschaften des Gesteins
Wärmestrom ist oft zu klein um die entzogene Wärme auszugleichen.
Es wird gespeicherte Wärme genutzt. Spezifische WärmekapazitätGeothermische Anlagen sind also nur für einen gewissen Zeitraum nutzbar. (meist mehrere Jahrzehnte)
Gestein Spezifische Wärmekapazität [J/(kg·K)]
Kalkstein 740
Sandstein 710
Dolomite 950
Quarzite 840
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Geologische Risiken
Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen
- Erdöl Umweltgefährdung
- Erdgas Explosionsgefahr
Golf von Mexiko
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Geologische Risiken
Verkarstungen
- Trinkwasserschutz problematisch- Probleme beim Hinterfüllen der Verrohrung- Zementationsverluste
Thermalwasser kann jedoch besserNachgeführt werden
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Geologische Risiken
Erdbeben
- Petrothermale Anlagen Aufbrechen des Gesteins (HDR) Erzeugung von künstlichen Rissen Schlagartige Vergrößerung Erschütterung unvermeidbar
Beispiel: Depp Heat Mining Basel (2006)- 3,4 Richterskala- ca. 2,5 Mio Euro Schaden
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Geologische Risiken
Erdbeben
- Hydrothermale Anlagen Reinjizierung des abgekühlten Wassers
Erhöhung des Porenfluiddruckes Herabsetzung der ScherfestigkeitBei hohen tektonischen Spannungen folgt der Bruch
Beispiel: Geothermiekraftwerk Landau (2009) - 2,5 Richterskala- Entstandener Schaden noch nicht abschließend geklärt
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Geologische Risiken
Bohrlochstabilität (Tiefbohrungen)
- Tritt bei Tonen auf (geringe Durchlässigkeit k<10-8m/s)- Dynamische Schwankungen des Porenfluiddruckes während des Bohrens Entfestigung - Spannungsänderung durch Abschalten der Pumpen- Spannungskonzentrationen am Bohrlochrand
- Porenfluiddruckabsenkung Bohrlochrandausbrüche
- Porenfluiddruckerhöhung Bohrlochverengung
- Beispiel: Offenbach Projekt gestoppt
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Geologische Risiken
Bohrlochstabilität (Tiefbohrungen)
- Bohrlochrandausbrüche Sprödes Gesteinz.B. TonschieferRissbildung
- Bohrlochverengung Duktiles Gesteinz.B. TonQuellen durch Zustandsänderung
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Umweltrisiken
- Trinkwassergefährdung- Freisetzung von gespanntem Grundwasser- Freisetzung von Gasen
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Umweltrisiken
Trinkwassergefährdung
Obere Grundwasserstöcke oftmals schon sehr stark verschmutzt
Durch Bohrungen können verschieden Grundwasserstöcke miteinander verbunden werden
Bohrungen in WSG in der Regel unzulässig. Es gibt jedoch Ausnahmen
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Umweltrisiken
Trinkwassergefährdung
Gefahr durch Wärmeträgermediumwie z.B. Glykol (WGK 1) oder Wasser-Ammoniak-Gemische (WGK 2)
Bohrungen in den Schutzzonen I und II generell unzulässigIn der Schutzzone III zulässig, bei Ausschluss einer Gefährdung
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Umweltrisiken
Freisetzung von gespanntem Grundwasser
- hydraulisches Potential liegt höher als die Grundwasseroberfläche- undurchlässige Schichten erforderlich
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Umweltrisiken
Freisetzung von gespanntem Grundwasser
Bohrtiefe 130m
Durchfluss: Bis zu 6m³/min
Hessisches Finanzministerium (2009)
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Umweltrisiken
Freisetzung von Gasen
Freisetzung von Schwefelwasserstoff Geruch nach „faulen Eiern“ Reizt die Augen und die Atemwege
Beispiel: Island, nah Reykjavik
Zulässige Werte der WHO mehrmals überschritten
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Wirtschaftliche Risiken
Versicherungskonzept
S der geologischen und der Umweltrisiken ist proportional zum wirtschaftlichen Risiko
Versicherer Marsh bietet Versicherung für das gesamte Projekt an.
- Bohrschäden- Fündigkeit- Errichtung
Jedoch nur von der Bohrung bis zum Betrieb
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Wirtschaftliche Risiken
Versicherungskonzept
Eine in der gesamten Lebensdauer gleichbleibende Thermalwasserförderrate und Lagerstättentemperatur ist zur Zeit nicht versicherbar
Es verbleibt ein Restrisiko
Zudem ist es wirtschaftlich evtl. sinnvoller nur einzelne Risiken zu versichern
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Fragen?
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Quellen
- http://www.geothermie.de/wissenswelt/geothermie/einstieg-in-die-geothermie/risiken.html
- http://de.wikipedia.org/wiki/Geothermie
- http://www.erdwaerme-zeitung.de/meldungen/zdf-sendung---chancen-und-risiken-der-geothermie-11245789541.php
- www.life-needs-power.de/2003/pdfs/030407_10.00.pdf
- Martin Witthaus , Christof Lempp: Versuche zu Porendruckschwankungen durch bohrtechnischeEinflüsse und zeitabhängige Veränderungen in tonsteinführenden Formationen, Martin-Luther Universität Halle-Wittenberg
-Th. Röckel, Chr. Lempp: Der Spannungszustand im Norddeutschen Becken,
- www.doobybrain.com/.../05/Horizon-Fire-2.jpg
-www.bine.info/typo3temp/pics/c375b95c8e.jpg
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Quellen
-http://www.klimaretter.info/wirtschaft/hintergrund/8876-island-erdwaerme-stinkt-zum-himmel
-http://www.ee-news.ch/de/erneuerbare/article/19813/geothermie-basel-erschuetterungen-mit-breitenwirkung
-http://de.wikipedia.org/wiki/Stromgestehungskosten
-http://www.geothermie.de/wissenswelt/geothermie/einstieg-in-die-geothermie/risiken.html
- http://www.stua-he.nrw.de/projekte/aktuell/imgs/schutzzonen.jpg