Beurteilung des Fündigkeitsrisikos bei geothermischen Bohrungen Rüdiger Schulz

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1 Beurteilung des Fündigkeitsrisikos bei geothermischen Bohrungen Rüdiger Schulz Geothermische Anforderungen Fündigkeitsrisiko: Definition und Parameter Beispiel Erfolgswahrscheinlichkeit 1. Tiefengeothermie-Forum, TU Darmstadt,

2 Geothermische Stromerzeugung Installierte elektrische Leistung (MW e ) Jahr Quelle: IGA

3 Geothermische Energie Speichersysteme Nutzungsarten Petrothermale Systeme Gestein, Magma Hydrothermale Systeme (>150 C) Hochdruckwasserzonen Dampfsysteme Heißwassersysteme Hydrogeothermische Systeme (<150 C) Aquifere Thermalwasser Oberflächennahe Systeme max. 25 C, 400 m Hot-Dry-Rock - Technologie Stromerzeugung Stromerzeugung (>100 C) Direkte Nutzung Wärmepumpen

4 Geothermische Wärmenutzung Aquifere Norddeutsches Becken Speicherkomplex Lias Rät Mittlerer Buntsandstein Rotliegend-Sandsteine Unterkreide-Sandsteine Dogger-Sandsteine Keuper-Sandsteine Oberrheingraben Oberer Muschelkalk Mittlerer Buntsandstein Molassebecken Malm (Oberer Jura)

5 Geothermische Stromerzeugung Aquifere Norddeutsches Becken Rotliegend-Sandsteine Oberrheingraben Buntsandstein Muschelkalk Molassebecken Malm

6 Direkte Nutzung Geothermische Heizzentrale (Kraftwerk) Abnehmer 1-40 MW t Dublette Förderbohrung Injektionsbohrung Tiefe: m

7 Geothermische Stromerzeugung Anforderungen an die geothermischen Verhältnisse ORC - / Kalina - Zyklus Mindesttemperatur: 100 C Abkühlung auf: 70 C Förderrate: 30 l/s, besser 100 l/s Kraft-Wärme-Kopplung Direkte Nutzung Abkühlung auf: 50 C Wärmepumpe Abkühlung auf: 15 C

8 1000 Bohrungskosten (Mio. EUR) Bohrungskosten für eine Bohrung mit einer Förderrate von 100 m 3 / h nach GTN Neubrandenburg (2002) Tiefe (m) Norddeutsches Becken, Malmkarst, Oberrheingraben HDR-Systeme

9 Fündigkeitsrisiko: Definition Das Fündigkeitsrisiko bei geothermischen Bohrungen ist das Risiko, ein geothermisches Reservoir mit einer (oder mehreren) Bohrung(en) in nicht ausreichender Quantität oder Qualität zu erschließen. Die Quantität wird definiert über Leistung P =? F c F Q (T i T o ) Die ausreichende Energieabgabe ist Betriebsrisiko Energie E = ρ F c F Q (T i T o ) t

10 Fündigkeitsrisiko: Parameter Aquifertyp : porös, klüftig, karstig Tiefe / Struktur : Reflexionsseismik Temperaturen : Abgeleitet aus der Tiefe Anforderungen der Verbraucher Ergiebigkeit : Abgeleitet aus Aquifertyp und Bohrungen Wirtschaftlichkeitsberechnung

11 Fündigkeitsrisiko: Erfolgswahrscheinlichkeit Zielhorizont: Warmwasser-Aquifer, Tiefe bekannt Temperatur T 1 T 2 p 1 p 2 Ergiebigkeit Q 1 Q 2 q 1 q 2 Erfolgswahrscheinlichkeit p 1.q 1 p 2.q 2 nicht fündig teilfündig fündig

12 Geologische Karte von Bayern Regensburg Profilschnitt Landshut Passau München Bayer. GLA (1996)

13 Schnitt durch die bayerische Molasse N S Bayer. GLA (1996)

14 Reflexionsseismische Industrieprofile 5 Profile Frequenz CMP- Abst. Kanäle Überd Hz Hz 37,5 m 15 m fach 30-fach 1 1 km Grundlage: TK Industrieseismik 1986 Produktionsbohrung Industrieseismik 1976 Reinjektionsbohrung (Planung)

15 Geologische Interpretation 05 Bohrung Gt 1 Schnittpunkt 1 km 04 0 s OSM OMM Aquitan ms TWT WSW 05 ENE NNW 04 SSE Chatt-Sande Baust.Sch. Rupel-Tonmer. Kreide- Bändermer. Malm Grundgebirge 2.5 s TWT

16 Temperatur an der Malm - Oberkante München Stand 1989

17 Temperaturverteilung T ( C) Pasing 7934 Starnberg Nord 8034 Starnberg Süd 7835 München 7935 München- Solln 8035 Sauerlach 7836 München- Trudering 7936 Zorneding 8036 Otterfing 7834 München- Temperatur- Tiefen- Profil 19 z (m) Γ = 40 K km -1 Gebiet München - Süd Γ = 20 K km Γ = 30 K km

18 Temperaturverteilung Isar Tiefe 2500 m Unterhaching 48 00' Gebiet München Süd 11 30' 11 45' T z=2500m ( C)

19 Hydraulische Teste im Malm (Thermal -) Bohrungen Geothermie - Bohrungen rot: Bohrungen im zentralen Molassebecken Stand: Oktober 2004

20 Hydraulische Teste im Malm (Thermal -) Bohrungen s (m) Geothermie - Bohrungen 300 m rot: Bohrungen im zentralen Molassebecken laminar lam.-turb. laminar 150 m lam.-turb. Q (l/s) Erforderliche Absenkung zum Erreichen der Förderraten Theoretische Kurven für 300 m (150 m) Absenkung

21 Gewichtung der Tests POS =? w i a i? w i w i = für Geothermie - Bohrungen im Zentralbecken für Geothermie - Bohrungen außerhalb für sonstige Bohrungen im Zentralbecken für sonstige Bohrungen außerhalb a i = 1 0 erfolgreich nicht erfolgreich

22 Fündigkeitsrisiko: Beispiel Karst-Aquifer, Tiefe 3000 m ~ 3300 m Median Wert 107 C 95 C Temperatur 100 C 105 C 1,00 0,86 0, C Datenbasis lokal km² N = 10 mit Stimulation 50 l/s Ergiebigkeit (Absenkung 300 m) 65 l/s Erfolgswahrscheinlichkeit 100 l/s 0,94 0,91 0,85 > 150 l/s regional km² N = 32 0,94 0,78 0,54 nicht fündig teilfündig fündig Ergebnis Sept. 04

23 Fündigkeitsrisiko: Beispiel Karst-Aquifer, Tiefe 1600 m Versicherungsfall 73,2 C Temperatur Projektvorschlag Datenbasis 12,3 l/s ohne Stimulation 72 C 84 C 0,90 Ergiebigkeit 0,15 (Absenkung 110 m) 64,0 l/s mit 0,80 Stimulation 0,66 36 l/s 70 l/s lokal km² N = 13 regional km² N = 15 Erfolgswahrscheinlichkeit 0,72 0,10 nicht fündig teilfündig fündig

24 Risikoklassen Region Aquifer Typ Datenbasis Risiken T Q Bohrdichte Molasse Malm karstig I Tertiär porös II Oberrheingraben Jura - Muschelkalk Buntsandstein klüftig - karstig klüftig - porös o o -- - o o III II Rotliegend klüftig - porös o - o II Kristallin klüftig o - - III Norddeutsches Becken Rhät - Unterkreide Buntsandstein Rotliegend porös klüftig - porös klüftig - porös o I II II Rotliegend klüftig + -- o III Deutschland Kristallin klüftig (HDR) o -- - III

25 Fündigkeitsrisiko Förderrate Q 2 Q 1 nicht fündig teilfündig fündig fündig Leistung P ~ Q?T T i T th T el Temperatur

26 Ausblick > > > > Entscheidender Parameter: Leistung P ~ Q? T Förderrate Q bei Absenkung s Temperatur T in Tiefe z Erfolgswahrscheinlichkeit (POS): p q p für T : lokal q für Q : regional Schlechte Datenlage zur Berechnung von q Bewertung der POS

27 Geothermisches Informationssystem Deutschland Förderung: Laufzeit: BMU 3 Jahre bis 2008 Partner: LBEG LUNG LGRB LMU GTN Niedersachsen, Hannover Mecklenburg Vorpommern, Güstrow Baden Württemberg, Freiburg München in Kooperation mit LfU Bayern Neubrandenburg Wiss. Begleitung: PK Tiefe Geothermie der Staatlichen Geologischen Dienste

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