Swisstopo Symposium Bern. «Energie aus dem Untergrund - eine Herausforderung»

Transkript

1 Swisstopo Symposium Bern «Energie aus dem Untergrund - eine Herausforderung»

2 Inhalt St.Galler Grundlage «EnK » Geothermie St.Gallen - Projekt Geothermie St.Gallen - Realisierung Erdbeben Test-Ergebnisse Fracking?

3 St.Galler Grundlage «EnK »

4 EnK Richtschnur und Logik «EnK 2050» erste Version im Stadtparlament «EnK Wärme ǀ Elektrizität ǀ Mobilität» Was müssen wir heute tun, um auch 2050 den Bedarf an Wärme, Elektrizität und Mobilität ökologisch, wirtschaftlich, sozial, und ressourcenschonend decken zu können? Erreichen wir die 2000 Watt- und die 1 to CO 2 - Gesellschaft? Einbau Atomausstieg (Volksbstimmung 2010) Rechenmodell: Nachweis der Wirkung und Erreichbarkeit Wo liegen die Grenzen der Effizienz? Wo beginnt die Suffizienz? Überarbeitung «EnK » - Folgen der Geothermie

5 EnK «Wärme ǀ Elektrizität ǀ Mobilität» Cockpit 2. Modellrechnung

6 Fazit EnK «Wärme ǀ Elektrizität ǀ Mobilität» Ziele: W Gesellschaft, 1 to CO 2 Gesellschaft 10' W W Gesellschaft 101 t Tonne CO 2 Gesellschaft 8'000 W 8 t grau Wärme 6'000 W grau Prozess 6 t 4'000 W grau Verkehr 4 t Wärme 2'000 W Prozess 2 t Verkehr 0 W Ziel 0 t Ziel

7 Umsetzung Energiekonzeptes «EnK » Massnahmen Katalog mit 149 Massnahmen Volksabstimmung Energiefonds - CHF 3.5 Mio. /Jahr (82%) Projekte Wasserkraft Kleinwasserkraftwerke, Abwasserkraftwerk in Region Ausbau Wasserkraft in Vals und im Glarnerland Neue Erneuerbare Energien Beteiligung an 7 Windanlagen Bau, Förderung grösserer Fotovoltaik-Anlagen Wärme Geothermie St.Gallen Blockheizkraftwerk Birnbäumen (150 Wohnungen) Erneuerung Kehrichtheizkraftwerk St.Gallen

8 «Geothermie St.Gallen - Projekt»

9 Fernwärme-Gebiet Virtuelles Kraftwerk GuD Anlage / Geothermie Kehrichtheizkraftwerk NSA Wärmepumpe Blockheizkraftwerk Kernfrage: GuD Anlage oder Geothermie?

10 Prinzip Geothermie St.Gallen Stromnetz GT-1 GT-2 Wärmenetz

11 Phasen St.Galler Geothermieprojekt Machbarkeitsstudie Exploration Tiefbohrungen Kraftwerksbau Kombination verfügbarer geologischer Daten Prüfung / Evaluation Wärmeabnehmerpotenzial Wahl Standortgebiet Systemwahl Prüfung Wirtschaftlichkeit Explorationskampagnen (3D- Seismik am Standort) Evaluation Bohrstandort Distanz zu Abnehmer Aufwand für Infrastruktur Erstellung Bohrkonzept / Erschliessungskonzept Bohrplanung Bohrplatz-Bau Abteufung Tiefbohrungen (geothermische Dublette) Erschliessungsmassnahmen Zirkulationstests Bau Gebäudehülle Bau Kraftwerks-Technik Bau Fernwärmenetz Bau Spitzenlastzentralen / Redundanzen

12 Ergebnis Machbarkeitsstudie Fazit Machbarkeits-Studie geologisch möglich, ökologisch sinnvoll, ökonomisch akzeptabel Investitionen Ausbau Fernwärmenetz CHF 85 Mio. Bohrungen + GKW CHF 74 Mio. Total Investition CHF 159 Mio. Verbrauch fossile Energie in St.Gallen CHF 150 Mio./Jahr Kennzahlen Wärmepreis (Erdöl CHF 100) CHF 0.10/ kwh Stromproduktionskosten CHF 0.20/ kwh Bohrtiefe ca m Wasserförderung 50 Liter / sec. Wassertemperatur 150 Grad Leistung 30 MW th / 5 Mw el

13 «Geothermie St.Gallen - Realisierung»

14 Rotary-Spülbohrung Bohrvortrieb im Spülbohr-Verfahren Bohrvortrieb und Gesteins- Zerkleinerung mit Meissel Bohrspülung für Bohrlochstabilisierung (450 bar Druck in 4 500m) Meissel-Kühlung Bohrguttransport Bohrspülung zirkuliert im Bohrgestänge nach unten und im Bohrloch nach oben Ihr Partner für Energie und Wasser

15 Tiefenbohrung «GT-1» bohrtechnisch erfolgreich 1. Bohrsektion (0 960 m) Ø Meissel: 58 cm Ø Verrohrung: 47 cm 2. Bohrsektion ( m) Ø Meissel: 41 cm Ø Verrohrung: 34 cm 4. Bohrsektion ( m) Ø Meissel: 22 cm 3. Bohrsektion ( m) Ø Meissel: 31 cm Ø Verrohrung: 24 cm

16 «Erdbeben am »

17 Was geschah am 19./20. Juli im Bohrloch? Gas-Wasser-Austritt ( ) Druckanstieg im Bohrloch während Vorbereitung für Airlifttest «Well-Control» / Bohrloch- Stabilisierung Kappen der Messsonde Einschliessen der Bohrung, Einbringung von Bohrspülung Spürbares Erdbeben, M L = 3.5 verspürt im Raum St.Gallen, Bodensee und Appenzell abklingende Mikrobeben

18 Seismische Ereignisse ( ) Projekteigenes Monitoring (in Zusammenarbeit mit SED) Injektionstest Gas-Kick Fishing Logging Rohreinbau Testvorbereitung Säuerung Bohrlochkontrolle & Stand-by Produktionstests Spürbare Ereignisse Grenze der Spürbarkeit (ca.) Detektionsschwelle SED vor 2012 (ca.) Hochsensible Aufzeichnung von Kleinstereignissen nur durch projekteigenes Monitoring möglich!

19 Erdbebenursache in St.Gallen? In der Störungszone St.Gallen bestehen offenbar hohe Scherspannungen als Folge der natürlichen Gebirgsspannung Es gibt offenbar «kritisch gespannte Bruchflächen», welche knapp vor einem Scherversagen stehen Bereits geringe Erhöhungen des Porendrucks im Gebirge können die «Reibungsblockade» auf den labilen Bruchflächen verringern und allenfalls seismische Ereignisse auslösen! Es ist zu vermuten, dass die Störungszone noch eine ganze Serie von Bruchflächen aufweist, die einen ähnlichen Spannungs- Zustand aufweisen Häring, 2009 ( Häring, 2009 ( Bohrloch

20 Erdbebenlokalisierung Bohrung GT-1 Quelle: SED, Ereignisse Juli 2013

21 «Test-Ergebnisse»

22 Erkenntnisse zur Fündigkeit Trotz des Erdbebens und Unsicherheiten beschloss der Stadtrat, die Wasser-Gas-Tests durchzuführen: Die Produktionstests ergaben eine nahezu konstante Wasserförderrate von rund 5 l/s aus dem vermuteten ein Kluftsystem Der Wasserzufluss ins Bohrloch erfolgt primär über Klüfte in rund 4 100m Tiefe Die Produktionstests förderten erhebliche Mengen von Gas (ca. 94 % Methan) Die Gaszutritte fanden mit Raten von Nm 3 /h statt (Gasverbrauch in der Stadt an Herbst- oder Frühlingstag) Eine Abschätzung der Grösse des Gasvolumens ist auf Basis der verfügbaren Daten aber nur schwierig zu erbringen

23 Prüfung Betriebs- und Erschliessungskonzepte Auf Grund der Testergebnisse beschloss der Stadtrat, folgende drei Erschliessungs- und Betriebskonzepte eingehend zu prüfen: «Dublette» Ursprünglich geplante Energienutzung über zwei Tiefbohrungen Allfällige Anpassungen zum ursprünglichen Konzept «Singlette» Energienutzung über nur eine Tiefbohrung Umsetzung mit bestehender Tiefbohrung «Tiefe-Erdwärmesonde» Energienutzung über Einbau einer Tiefen-Erdwärmesonde Geschlossener Kreislauf (keine Gas-Wasser-Nutzung)

24 Entscheid Stadtrat St.Gallen Das Projektteam und der Stadtrat sind nach eingehender Prüfung der drei Konzepte und schweren Herzens zu folgendem Entscheid gekommen: Das ursprüngliche Projekt in Form einer «Dubletten-Bohrung» kann aus folgenden Gründen leider nicht weiterverfolgt werden: Mangelnde Wasserfündigkeit (ca. 10% der Erwartungen) Erhöhtes Erdbebenrisiko bei 2. Bohrung und allfälligen Stimulationsund Testmassnahmen, sowie beim Dauerbetrieb Erschwerter Betrieb aufgrund der Gasführung im Bohrloch Zusätzliche, grosse finanziellen Risiken Der Einbau einer «Tiefen-Erdwärmesonde» wird aus Gründen der Effizienz und der Wirtschaftlichkeit vorderhand nicht weiterverfolgt Die Variante «Singlette» weist aus technischen, wirtschaftlichen und seismischen Betrachtungen einiges an Potenzial auf, darum wurde diese Machbarkeitsprüfung vertieft fortgesetzt

25 Machbarkeitsprüfung «Singlette» Das St.Galler Geothermie-Projekt diente immer nur den Zweck, warmes Thermalwasser als erneuerbare Wärmenergie und zur Stromproduktion zu fördern. Trotzdem beschloss der Stadtrat, die «Variante Singlette» und damit das Potential zur Gasförderung wenigstens zu prüfen. Die Installationskosten für einen Gas-Langzeittest würden CHF 5 Mio. bis CHF 7 Mio. betragen Eine allfällige langfristige Gasproduktion könnte danach ohne grosse, zusätzliche Investitionen umgesetzt werden Aufgrund der grossen Unsicherheiten bezüglich langfristiger Gasnutzung sind die Vorinvestitionen wiederum als Risikokapital zu sehen Nur eine Dritt-Beteiligung könnte das finanzielle Risiko für die Stadt St.Gallen minimieren Vor einem allfälligen Entscheid über eine Gas-Langzeittest werden die Interessen von potenziellen Industriepartnern abgeklärt

26 Fazit Zu geringe Wasser-Förderrate Wasserförderrate < 5 l/s an Stelle der angestrebten 50 l/s Entzugsleistung ca. 1 MW thermisch statt 18 MW thermisch ) Komplikationen durch Gaseinbruch Das Gasvorkommen gefährdet den geordneten Betrieb eines Geothermie-Kraftwerkes Seismisches & technisches Risiko Jegliche Massnahmen zur Verbesserung der Entzugsleistung erhöhen das seismische Risiko markant (Hydraulische Stimulation) Finanzielles Risiko Die geringer Wasserförderrate, der massive Gaseintritt und erhöhte seismischen Risiken beim Ergreifen von Massnahmen zur Verbesserung der Wasserförderung führen auch zu einem erhöhten finanziellen Risiko Die Kumulation dieser vier erheblichen Projekt-Risiken werden mit grosser Wahrscheinlichkeit zum Abbruch des Projektes führen

27 Schwieriger Entscheid Trotzdem war das Ringen um diesen Entscheid aus folgenden Gründen sehr schwierig und schmerzlich: Die Idee einer tiefengeothermischen Energieproduktion am Standort St.Gallen wurde durch die ganze Region unglaublich unterstützt Die Ziele der ersten Bohrung wurden weitgehend erreicht; Gaseinbruch und Erdbeben erhöhten aber die Projektrisiken erheblich Die Solidarität und die Unterstützung von Bevölkerung und Politik wurden durch das Erdbeben erstaunlicherweise noch gestärkt Trotz dieser unvergleichlichen Unterstützung müssen die unerwarteten, lokalgeologischen Bedingungen akzeptiert und berücksichtigt werden und werden wohl auf Grund der wesentlich erhöhten Risiken zum Abbruch des ursprünglichen Projektes führen Trotz oder gerade wegen dem Erlebten und den Erfahrungen würden wir sofort wieder ein «hydrothermales Geothermieprojekt» lancieren

28 «Fracking?»

29 Wir würden es wieder tun «Es ist durchaus richtig, und alle geschichtliche Erfahrung bestätigt es, dass man das Mögliche nicht erreicht hätte, wenn nicht immer wieder in der Welt nach dem Unmöglichen gegriffen worden wäre». Max Weber, Soziologe

30 Erkenntnisse 3D-Seismik Die ausführlichen, seismischen Messungen ergaben zwar ein erstaunlich gutes 3D-Bild des geologischen Untergrundes. Für die möglichst sichere Beurteilung der Machbarkeit eines tiefengeothermischen Projektes fehlen mit den heutigen Methoden aber ganz wichtige Erkenntnisse: Es sind zwar Klüfte und Störungszonen zu sehen, das Thermalwasser kann aber nicht sichtbar gemacht werden Es können zwar Störungszonen sichtbar gemacht werden, die wichtigen Informationen über die Spannungs-Verhältnisse im tiefen Untergrund fehlen aber Ebenso kann die 3D Seismik, trotz eingehender Studien über mögliche Gasvorkommen, die Existenz und die allfällige Lage von Erdgas nicht vorhersagen Da ein "kontrollierter Dialog" mit der Geologie unter diesen Umständen kaum möglich und mit erheblichen Risiken verbunden ist, sollte die Wissenschaft die erwähnten Kriterien dringend näher erforschen

31 Erdbebenauslösung und Risiken Fast eine Weltrekord: «Mit wenig Energie ein schönes Erdbeben erzeugt» Prof. Wiemer, Schweizerischer Erdbebendienst Bohrung GT-1 Quelle: SED, Ereignisse Juli 2013

32 Schadensmeldungen / Schäden Eingang und Umgang mit Schadensmeldungen 340 Schadensmeldungen 294 Gebäudeschäden 46 Sachschäden Ergebnis der Abklärungen 203 Fälle: Kein Zusammenhang mit Geothermieprojekt 137 Fälle: Zusammenhang nicht ausgeschlossen / nicht nachgewiesen Entschädigungen / Kosten Kulanz-Entschädigungen CHF (ca. CHF / Fall) Kosten für Schadenexperten: CHF Fazit Schadensbewältigung Sehr viel Glück gehabt, angesichts des riesigen Schadenpotentials Gesamtkosten tiefer als Schäden bei seismischen Messungen

33 Fracking? Die Verantwortlichen des Geothermieprojekts St.Gallen lehnen das Fracking zur Gas- oder Oelförderung im Siedlungsgebiet grundsätzlich ab Man sollte zwar nie vom Einzelfall auf Allgemeinfall schliessen Trotzdem - auf Grund der St.Galler Erfahrungen sind wir, nach heutigem Wissen, auch gegenüber allen Fracking-Methoden zu geothermischen Zwecken im siedlungsnahen Gebiet, sehr skeptisch eingestellt: Wenig Wissen über Spannungszustände im tieferen Untergrund Wenig Wissen über Wasser- und Gasführung im Untergrund Keine zuverlässigen Methoden zu Erforschung dieser Faktoren Grosses Schadenpotential im Siedlungsgebiet Ausserhalb Siedlungsgebiet schwierige Verwendung der Wärme Stromproduktion braucht tiefe Bohrungen mit steigendem Risiko Unter diesen Umständen erscheint uns ein «petrothermales Projekt» und ein «kontrollierter Dialog» dem Untergrund auch mittels kleinen Fracking-Etappen als sehr risikoreich

34 Wir sind trotz allem dankbar! Zwar ist nicht alles nach unseren Wünschen gelaufen, aber stets hat ein guter Stern das Projekt begleitet Und wenn etwas passiert ist, ist glücklicherweise nichts passiert