Geologische Ergebnisse aus dem Projekt Tiefe Erdwärmesonde Heubach

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1 Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie 6. Tiefengeothermieforum Hessen, Darmstadt, 15. Sept Geologische Ergebnisse aus dem Projekt Tiefe Erdwärmesonde Heubach Johann-Gerhard Fritsche, Anne Kött, Matthias Kracht, Heinz-Dieter Nesbor, Thomas Reischmann, Sven Rumohr, Inga Schlösser-Kluger

2 Daten zum Objekt: Standort Heubach bei Groß-Umstadt Mittelständischer Betrieb, Produktion von Strahlungsheizungen und -kühlungen (Frenger Systemen BV GmbH) Fläche Produktion/Lager: ca m², Büro: ca m² Hohe energetische Qualität der Gebäudehülle (spezifischer Heizenergieverbrauch: 30 W/m²) Heizsystem: Niedertemperatur-Deckenheizung Heubach

3 Energiekonzept Anforderungen: - Wärmeleistung P th = 140kW, Vorlauftemperatur ca. 35 ºC - Kühlleistung P th = 45 kw, Vorlauftemperatur ca. 17 ºC 1 (mittel-) tiefe Erdwärmesonde zur Bereitstellung der Wärmeleistung, ca. 800 m, prognostizierte Johann-Gerhard Arbeitszahl Fritsche, > 5, Wasser Anne Kött, als Wärmeträgermedium Matthias Kracht, Heinz-Dieter Nesbor, Mitteltiefe Bohrung: geringe Thomas Reischmann, Sven Rumohr, Bohrkosten ( Brunnenbohrgerät ) Schlösser-Kluger 8 oberflächennahe Doppel-U- Sonden, ges. ca. 900 Sondenmeter zur Bereitstellung der Wärme- und Kühlleistung Einsatz von Wärmepumpen Zurückführung überschüssiger Wärme in den tiefen Untergrund Quelle: TEWAG (2011)

4 Projektkonsortium Projektleitung: HEAG Südhessische Energie AG (HSE) Projektpartner: Frenger Systemen BV Heiz- und Kühltechnik GmbH Anwender und Multiplikator Viessmann Werke GmbH & Co KG Anwendung und Optimierung der Wärmepumpentechnik H. Anger s Söhne Bohr- und Brunnenbaugesellschaft mbh Anwendung und Optimierung Bohrtechnik Wissenschaftliche Begleitung: Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie Geologie, Hydrogeologie, geothermische Parameter Universität Kassel Messkonzept und CO 2 -Bilanzierung Förderung durch das Hessische Ministerium für Umwelt, Energie, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (HMUELV)

5 u.a. nach NICKEL 1975; WILLNER, MASSONE und KROHE (1991); ALTENBERGER, OBERHÄNSLI, ADUSMALLI und RASOOL (1994); KROHE und WILLNER (1995). Heubach Geologische Übersicht: Strukturelemente Otzberg-Störung Bergsträsser Odenwald Böllsteiner Odenwald Unten: West-Ost-Profil durch die Baueinheiten des Geo-Naturpark- Gebietes, verändert nach SCHMITT 1985 und

6 Ausschnitt aus Hessen 3D Heubach Heubach

7 Geologische Übersicht (Ausschnitt aus GÜK 300)

8 Hydrogeologische Übersicht: Wasserschutzgebiete

9 Geoelektrische Messungen vor Bohrbeginn Messung Modellierung Interpretation

10 Kartierung der Umgebung Hornblende-Biotit-Gneis, Aufschluss hinter dem alten Firmensitz der Fa. Frenger in Heubach

11 Kernbohrung Imlochhammerbohrung

12 Ultra-Mylonit m m 40 Mylonit 70 Aplit Klüfte Pegmatit Bohrkerne bis 90 m Teufe

13 Maßstab: 1:500 Bohransatzhöhe: 180,00 m NN m ü. NN TEWS Groß-Umstadt-Heubach (B8) m unter BAP 0,00 0,40 1,20 2,20 3,00 3,15 3,80 4,20 6,50 9,65 10,90 12,35 16,00 17,60 Schutt-Lockergestein, graublau Normallehm, mittellbraun Sandlehm, gelb- bis mittelbraun Sandlehm, dunkelbraun Sandlehm, mittelbraun Normallehm, dunkelbraun Sandlehm, mittelbraun Lehmschluff, grau- bis dunkelbraun Tonlehm, grau- bis schwarzbraun Feinsandstein, rot- bis mittelbraun Gneis, gelbbraun Gneis, grau- bis dunkelbraun Hornblende-Biotit-Gneis, dunkelgrau Hornblende-Biotit-Gneis, dunkelgrau-weiß qh[y] qpf... q qpf... Schichtenverzeichnis und Log 12,5 ºC ,50 44,80 51,60 Gneis, dunkelgrau, rötlich Hornblende-Biotit-Gneis, grau, rötlich Hornblende-Biotit-Gneis, hellgrau, rosa OKBl 14 ºC ,90 Hornblende-Biotit-Gneis, dunkelgrau ,80 71,90 Biotit-Gneis, dunkelgrau Biotit-Gneis, dunkelgrau ,70 90,00 Granat-Biotit-Gneis, dunkelgrau 15 ºC Projekt: Tiefe Geothermie Heubach Bohrung: 9009 TEWS Groß-Umstadt-Heubach (B8) TK 25: 6119 Auftraggeber: Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie Rechtswert: Bohrfirma: H. Anger's Söhne GmbH & Co. KG Hochwert:

14 Hornblende-Biotit-Gneis, wasserführende Klüfte

15 Wasserführende Klüfte mit Fe-Ausfällungen 73,5 bzw. 74,5 m

16 Granat-Biotit-Gneis, teilweise mylonitisch 82,6-82,8 m

17 Kamerabefahrung

18 Senkrechter Blick auf die Bohrlochwand: Kluft

19 Wasserführende Kluft Abstand zwischen Laserpunkten ca. 1,5 cm

20 Granate, Ø ca. 0,6 mm, Granat-Biotit-Gneis, mylonitisch, 82,6-82,8 m

21 Kluft mit Calcitausfällung

22 Absenkung [m u. Messpunkt] Fritsche, Kött, Kracht, Nesbor, Reischmann, Rumohr, Schlösser-Kluger: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :00 Pumpversuch an Kernbohrung KB 8 10,00 5,00 0,00-5,00-10,00-15,00 Förderleistung [m³/h] Absenkung [m. u. MP) -20,00-25,00-30,00-35,00 Wiederanstiegskurve 1,00 10,00 100, , , ,00 0 t' [s] Transmissivität ermittelt aus dem Wiederanstieg: ca. 2,5 * 10-5 m²/s.

23 Laborarbeiten: Messung der Wärmeleitfähigkeit 145 Proben davon 83 aus KB 8 Heubach

24 Ergebnisse Labormessungen der Wärmeleitfähigkeit Lambda trocken [W/m*K] Lambda nass [W/m*K] 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00

25 Dünnschliffuntersuchungen Hornblende-Biotit-Gneis, Teufe: 42,0-42,30 m, Augengneis

26 Dünnschliffuntersuchungen Biotit-Gneis, Teufe: 69,35-69,65 m

27 Dünnschliffuntersuchungen Granat-Biotit-Gneis, Teufe: 87,40-87,65 m

28 Modell-Parameterisierung für tiefe EWS zur Simulation durch Fa. TEWAG

29 Geplante geophysikalische Bohrlochmessungen an der tiefen Bohrung Kamerabefahrung natürliche Gammastrahlung (Gamma Ray Log) Dichte (Gamma-Gamma-Log) Neutronenporosität: Rückschlüsse auf Tongehalt und Lithologie, Chemische Elementbestimmung (Neutron-Spektral-Gamma-Sonde) Schall-Laufzeit (Sonic-Log): Porositätsbestimmung Vertikales Seismisches Profil (VSP-Log): Aussagen über Schichtungen unterhalb der Bohrlochsohle Borehole Televiewer (Akustisches Bohrlochfernsehen): Sehr wichtige Messung, insbesondere für nicht gekernte Bohrlochstrecken. Man erhält eine spiralförmige Abbildung der Bohrlochwand. Bestimmung von Trennfugen, Schichtgrenzen, Klüften und Störungszonen und deren Raumlage. Eine Richtungszuordnung von Bohrlochwandausbrüchen liefert Rückschlüsse auf das herrschende Spannungsfeld. Die Ergebnisse haben auch überregional sehr hohe Bedeutung. Eigenpotential: Ermittlung der Porenwassersalinität

30 Geplante geophysikalische Bohrlochmessungen an der tiefen Bohrung Spezifischer elektrischer Widerstand in Normalanordnung Spezifischer elektrischer Widerstand in fokussierter Anordnung Spezifischer elektrischer Widerstand in Mikroanordnung: Zum Aufsuchen von Spalten (Scherzonen!) und Klüften können Mikrowiderstandsmessungen aufgrund ihres extrem hohen Schichtauflösungsvermögens u.u. ebenfalls von Nutzen sein. Spezifischer elektrischer Widerstand der Bohrlochflüssigkeit Fallwinkel und richtung der durchteuften Schichten / Bohrlochgeometrie / Magnetfeld: Dipmetermessungen können bei der Kluftdetektion (Wasserwegsamkeit im Festgestein) von hohem Nutzen sein Elektrische Leitfähigkeit Magnetische Suszeptibilität (Magnetisierbarkeit) Bohrlochdurchmesser (Kalibersonde) Bohrlochtemperatur: kann durch anormale Werte auf vertikale Wasserbewegungen im Bohrloch oder Brunnen oder im umgebenden Gebirge hindeuten Vertikale Fließgeschwindigkeit im Bohrloch (Flowmeter): Messungen der vertikalen Fließbewegungen in Bohrlöchern

31 Fazit Erstmalig in Hessen Bohrung im Kristallin in erheblicher Mächtigkeit Wichtige Erfahrungen bei Planung, Genehmigungsverfahren und Abwicklung gesammelt Einmalige Gelegenheit, Gesteine, die nicht nur für tiefe Erdwärmesonden in Betracht kommen, sondern auch für hydrothermale und petrothermale Nutzung (Oberrheingraben!), in frischem, unverwittertem Zustand zu untersuchen Einmalige Gelegenheit zum Einblick in Gefüge und Tektonik (Klüfte, Störungen) im tiefen kristallinen Untergrund Wichtige Grundlage für weitere Geothermieprojekte Umfangreiche weitere Untersuchungen an tiefer Bohrung wünschenswert bzw. erforderlich: Kernstrecken und geophysikalische Bohrlochmessungen Forschungscharakter erfordert mehr finanzielle Mittel als spätere Routineprojekte, da viele zusätzliche, auch allgemeingültige und in andere Regionen übertragbare Untersuchungen vorgenommen werden

32 Herzlichen Dank für die Aufmerksamkeit! Tiefe Geothermie auf der HLUG-Seite im Internet: