Tiefe Geothermie. Geothermische Wärmeversorgung von Siedlungsräumen, am Beispiel der Region München
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- Frauke Bösch
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1 Tiefe Geothermie Geothermische Wärmeversorgung von Siedlungsräumen, am Beispiel der Region München Dr. Erwin Knapek, Bundesverband Geothermie Dr. Christian Hecht, Stadtwerke München Dr. Christian Pletl, Stadtwerke München
2 Wärmepotenzial der Tiefen Geothermie Heißwasseraquifere: Kristallin: Störungszonen: 25 EJ (ohne WP) 50 EJ (mit WP) 1600 EJ (ohne WP) 2800 EJ (mit WP) 60 EJ (ohne WP) 110 EJ (mit WP) Deutschland insgesamt: 1685 EJ (ohne WP) 2960 EJ (mit WP) Wärmebedarf (Heizen) 2013: 3,5 EJ/a oder 1920 TWh/a Ziel bis 2020: 2,7 EJ/a oder 1480 TWh/a Quelle: T. Jung et al.(2002); TAB Bericht an den Deutschen Bundestag 2003 BMWi
3 Was ist eine gute geothermische Ressource für die Bereitstellung von Heizenergie? Das Potenzial bezieht sich nur auf die Ressource (z.b. bei alleiniger Stromerzeugung) also auf den geologischen Untergrund und die technische Machbarkeit unter wirtschaftlichen Bedingungen. Bei Heizenergie: Das Potenzial bezieht sich auf die Ressource und zusätzlich auf die Bedarfsstruktur für Wärme und die soziale Akzeptanz. Quelle: Inga Möck, TUM 2015
4 Potenzial der Tiefen Geothermie in Deutschland Temperaturkarte von Deutschland in 3.500m Tiefe Fernwärmenetze in Gebieten zur Nutzung hydrothermaler Geothermie Quelle: LIAG, Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik, Stand Dezember 2013 Quelle: Fernwärmenetze in Gebieten zur Nutzung hydrothermaler Geothermie (IFEU (Kartengrundlage aus Wuppertal Institut, DLR, IE ( ) und Kayser, Kaltschmitt ( )) aus TRAFO, S. 81 Petrothermales Potenzial
5 Tiefengeothermie in Deutschland Nationale Geothermische Projekte (Juli 2015) Hydrothermale Tiefengeothermieprojekte in Deutschland (BVG) 30 Anlagen in Betrieb (Heizwerke und Heizkraftwerke) Heizwerke 26 Kraftwerke 8 Heizkraftwerke 4 installierte Wärmeleistung: 300,4 MW installierte elektrische Leistung: 39,31 MW ca. 47 Anlagen in Bau oder Planung ( davon 19 in Bayern, 7 in BaWü, 3 in Niedersachsen, 4 in NRW, 2 in Hessen, 3 in Mecklenburg-Vorpommern, 4 in Rheinlandpfalz, 2 in Sachsen und jeweils 1 in Brandenburg, Berlin und Hamburg)
6 Wärmeversorgung mit Tiefer Geothermie in Deutschland Anteil Geothermie: 7,3% der EE 2015: 0,7% Tiefe Geothermie 27Anlagen (geothermische Dubletten/Tripletten) 6,6% Oberflächennahe Geothermie 4 Tiefe Sonden Gesamt in Deutschland: 39 MWel/300 MWth/376 MWth
7 Die Region München 1 10 ED Unterschleißheim (Wärme) 31 MWth 2 SWM München-Riem (Wärme) 10 MWth 3 Pullach (Wärme) 15 MWth 4 Unterhaching (Wärme/Strom) 38 MWth 5 Aschheim-Feldkirchen Feldkirchen-Kirchheim (Wärme) 19 MWth 6 Unterföhring (Wärme) 20 MWth 7 Dürrnhaar (Strom) (>40 MWth) 8 Kirchstockach (Strom) (>40 MWth) 9 SWM Sauerlach (Strom/Wärme) 5 MWth 10 Garching (Wärme) 6 MWth 11 Poing (Wärme) 7 MWth 12 Grünwald Wärme/Strom) 40 MWth 13 Ismaning (Wärme) 7 MWth 14 Taufkirchen (Wärme/Strom) 40 MWth ED Erding (Wärme) 10 MWth Römische Villa (Therme Erding) Gesamte Leistung: 239 MWth/319 MWth/31 MWel Therme Erding
8 PROJEKT TIEFE in m Fließrate in l/s Temperatur in C Speicherungs-Projekte Erding /65 Unterschleißheim 1969, /79 Garching 2050, /75 Unterföhring 2123, /88, 100/103 Ismaning 1906, /78 Aschheim 2621, /86 Poing /76 Wärme-Projekte Riem 3020, /94 Pullach 3371, /100 Unterhaching 3400, /123 Grünwald 3428, /130 Kirchstockach 3881, /134 Taufkirchen /137 Dürrnhaar 3579, /141 Wärme/Strom-Projekte Sauerlach 3733, /138 Quelle: Inga Moeck 2015
9 Aufsuchungs und Bewilligungsfelder südlich von München München Riem Wärmeversorgung München - Sendling München- Neuperlach Strom und Wärme Kombination mit Biomasse
10 Geothermie Unterhaching GmbH & Co. KG Redundanz Heizkraftwerk Reinjektion Leitung: Länge 5,3 km, Durchmesser DN 250, Druckstufe PN 25 Übertragbare Leistung: ca. 20 MW (350t/h, bei 110/60 C; bei größerer Spreizung auch mehr) Komplette Steuerung der Verbundleitung erfolgt aus EWG-Leitwarte Inhalt der Verbundleitung ca. 727 m³ Wasser - kann im Bedarfsfall auch als Pufferspeicher für Grünwald und Unterhaching benutzt werden. Verbindung zu Erdwärme Grünwald (EWG)
11 Daten des Projekts Unterhaching (2014) CO2-Eisparung: t
12 Erdwärme Grünwald Produktionsbohrung Meter Injektionsbohrung Meter Abstand in der Tiefe ca Meter Fündigkeit festgestellt 5. Juli 2010 Temperatur Grad Celsius Schüttung 140 Liter pro Sekunde Investition Bohrung ca. 26,8 Mio. Euro Pumpentechnologie Centrilift Baker Hughes
13 Das Fernwärmenetz Grünwald Stand Ende 2014: Haupttrasse 14,6 km Nachverdichtung : 14: 20,1 km Hausanschlüsse Grünwald, ca. 13,5 km Verbundleitung n. Unterhaching 5,4 km Gesamt Ende 2014 geplant ,4 km 53,6 km Kunststoff-Mantelrohr mit Leckage-Warnsystem im Endausbau werden rund Rechner im Versorgungsgebiet installiert. 13
14 Erdwärme Grünwald Dubletten-Bohrung in Laufzorn Produktionsbohrung Meter Injektionsbohrung Meter Abstand in der Tiefe ca Meter Fündigkeit festgestellt 5. Juli 2010 Temperatur Grad Celsius Schüttung 140 Liter pro Sekunde Investition Bohrung ca. 26,8 Mio. Euro Pumpentechnologie Centrilift Baker Hughes
15 Neue Tiefenpumpe seit Oktober 2013 maximale Leistung von 1,35 MWel. liefert maximal PS und fördert bis zu 160 Liter Thermalwasser pro sec. Hersteller Centrilift/Baker Hughes; FU von ABB 15
16 Schaltzentrale Geothermie-Heizwerk Grünwald Wärmeleistung gesamt: ca. 40 MW FW-Leistung Grünwald heute: ca. 29 MW FW-Leistung Grünwald Vollausbau: ca. 50 MW FW-Leistung Bavaria Film heute: ca. 10 MW Zwei Redundanzkessel: 19 und 10 MW Das Geothermie-Heizwerk Laufzorn ist seit Ende 2012 im Einsatz. Investition für Heizwerke inkl. Bohrung und Tiefenpumpe ca. 41 Mio. Euro. 16
17 GEOVOL Geothermie Unterföhring 1 Die Geothermieanlage Unterföhring besteht aus der Dublette D I (mit Bohrungen Th1 und Th2) und der Dublette D II (mit Bohrungen Th3 und Th4) Dublette D I (Th1 und Th2) Verfahren Hydrothermale Tiefengeothermie im Bayerischen Molassebecken ; Generalunternehmer Th1 + Th2 TIEFBOHR ARGE Unterföhring (H. Anger s Söhne GmbH) Bohrung Thermal 1 (Reinjektionsbohrung): Bohrzeit 21. November Februar 2009; Bohrdauer 80 Tage; Bohrstrecke (MD) m; Bohrtiefe (TVD) m Thermalwassertemperatur 86 C ; Thermalwassermenge 85 Liter/Sekunde Bohrung Thermal 2 (Förderbohrung): Bohrzeit 13. März Mai 2009; Bohrdauer 52 Tage - Bohrstrecke (MD) m; Bohrtiefe (TVD) m Thermalwassertemperatur 87 C; Thermalwassermenge 85 Liter/Sekunde Tauchkreiselpumpe: Hersteller Canadian Advanced ESP; Leistung ca PS Einbautiefe 600 Meter unter Geländekante Geothermieleistung rund 10 MWth Quelle: GEOVOL 2015
18 Dublette II Geothermie Unterföhring Quelle: GEOVOL 2015
19 GEOVOL Geothermie Unterföhring 2-Dubletten System und Gas BHKW M Ufg Quelle: GEOVOL 2015
20 GEOVOLGeothermie Unterföhring 2 Dublette D II (Th3 und Th4) Verfahren Hydrothermale Tiefengeothermie im Bayerischen Molassebecken ; Generalunternehmer Th3 + Th4 DALDRUP & Söhne AG Bohrung Thermal 3 (Reinjektionsbohrung) : Bohrzeit ; Bohrdauer 39 Tage; Bohrstrecke (MD) m; Bohrtiefe (TVD) m Thermalwassertemperatur 84 C ; Thermalwassermenge 100 Liter/Sekunde Bohrung Thermal 4 (Förderbohrung): Bohrzeit ; Bohrdauer 51 Tage - Bohrstrecke (MD) m - Bohrtiefe (TVD) m Thermalwassertemperatur 93 C ;Thermalwassermenge 90 Liter/Sekunde Tauchkreiselpumpe - Hersteller Canadian Advanced ESP; Leistung ca PS Einbautiefe 600 Meter unter Geländekante Geothermieleistung rund 10 MWth Quelle: GEOVOL 2015
21 Kirchweidach: Gewächshaus und Fernwärme 12 ha Fläche; soll erweitert werden um 8 ha; derzeit 80 Arbeitsplätze; 10 Mio. kg Tomaten p.a. ohne Einsatz von Chemie und Grundwasser; Einsparung von 4,2 Mio. m³ Erdgas; gemeinsame Redundanz mit FW-Netz Quelle Rödl&Partner 2015
22 Stadtwerke München: Engagiert in Geothermie Geothermie-Anlage München-Riem Geothermie-Anlage Freiham Quelle: Bohn Architekten 3D-Seismikmessungen 2012 vor Energiezentrale Freiham Bohrungen für die Geothermie-Anlage Sauerlach Geothermie bei den Stadtwerken München
23 Geothermie-Heizwerk München-Riem Bohrungsdublette m / m TVD Max. Förderstrom: 90 l/s Fördertemperatur: 94 C Max. Geothermieleistung: 14 MW 3 Spitzen - / Reservekessel Max Fernwärmeleistung: 34 MW Brennstoff: Erdgas Inbetriebnahme Heizwerk 2002 Bohrungen 2003 Inbetriebnahme Geothermie 2004
24 Geothermie Heizkraftwerk Sauerlach Bohrungstriplette: (1 Förder-, 2 Injektionsbohrungen) Tiefen von m bis m MD Thermalwasser: 110 l/s, 140 C 2-stufiger ORC-Prozess Arbeitsmittel: Penta-Fluor-Propan el. Leistung kw Stromproduktion MWh/a th. Leistung kw Wärmelieferung MWh/a CO 2 -Einsparung to/a 24 Bohrungen Kraftwerksbau ab Wärmelieferung Synchronisation 2013 Geothermie bei den Stadtwerken München
25 Geothermie-Heizwerk Freiham Energiezentrale: Planung und status Neuer Stadtteil Freiham: Gewerbe: 110 ha, Arbeitsplätze Wohnen: 190 ha, Einwohner Energiezentrale in Betrieb seit 2012 Bohrungen für Geothermie Herbst 2015
26 In Zusammenarbeit mit: Ganzheitlich optimierte und nachhaltige Reservoirerschließung für tiefengeothermische Anlagen im bayerischen Molassebecken - Entwicklung eines 50 MWel Kraftwerks und Erschließung von 400 MWth für die Fernwärme in München GRAME FKZ: A 26
27 GRAME: Geophysikalische Messungen GRAME: Geophysikalische Messungen 27
28 GRAME: Eckpunkte Seismische Messungen Art der Messung Parameter 3 D Seismik 170 km² Fläche, 7587 Anregungspunkte, 35 Anregungslinien, Linienabstand 400 m im Nordwesten, 500 m im Südosten 2 D Seismik 4 Linien à ca. 6 km Länge (gesamt 24,5 km), Anregungspunktabstand 50 m 35 Anregungspunkte mit 4 Vibratoren, Punktabstand 500 m GRAME: Eckpunkte Seismische Messungen Scherwellenexperiment Geophonversenkmessungen Je eine Messung in den Bohrungen Riem Th1 und Freiham Th1, Messpunktabstand 25 m, 130 Tiefenlevel ab Reservoirtiefe, Anregung mit einem Vibrator von außen 28 Geothermie bei den Stadtwerken München
29 GRAME: Einbindung Geothermie in das SWM Fernwärmenetz 1. Anlagentechnik und Auslegung: Wärmeeinspeisepunkte Fernwärmenetz Vor- und/oder Rücklaufeinspeisung Temperaturabsenkung Vor- und Rücklauf Netzanpassungsmaßnahmen Regelung vorhandener Pumpstationen 2. Wirtschaftlichkeitsanalyse: Kostenermittlung Wertermittlung Sensitivitätsanalyse Variantenprüfung Optimierung 3. Weitere Nutzungskonzepte Aufbau eines Kältesystems Wärmeinbindung in Kraftwerksprozesse Speicherung von überschüssiger Wärme 29
30 Rheinland - Pfalz Planung der Erdwärmenutzung durch die Gemeinde Insheim (ca Einwohner) Insheim Quelle: Pfalzwerke geofuture GmbH Quelle: LGB RLP
31 Baden - Württemberg Planungen in Oberschwaben Pfullendorf Bad Waldsee Quelle: LGRB Baden-Württemberg, Mai 2011
32 Niedersachsen In 2200 Metern Tiefe unter Bevensen befinden sich 80 bis 85 Grad heiße Quellen, nach denen gebohrt werden könnte. Archivfoto Planungen: Bad Bevensen (hydrothermal) Munster-Bispingen (EGS) Hannover (EGS); Genesys
33 Frage nach geologischen Horizonten, nutzbaren geothermischen Ressourcenin Berlin und Brandenburg Mesozoikum Vorlaufforschung der DDR Projekt Sandsteinfazies von GTN Berlin Paläozoikum Groß Schönebeck Feldversuch Seismik Berlin-Tempelhof Heißwasseraquifere
34 Nutzungshorizonte Mesozoikum Neustadt-Glewe Waren Quelle:Beide Abbildungen: GTN, 2014
35 Berlin: Die Frage nach der Erkundung in urbanen Gebieten Kann Vibrationsseismik in Stadtgebieten angewendet und schlüssig interpretiert werden? Ziel: Dichte und Geschwindigkeit (Schallhärte) von Formationen zur Einordnung in mechanische Stratigraphie Stadtseismik auf dem Tempelhofer Feld GASAG und GFZ Sektion Tiefensondierung: Manfred Stiller, Klaus Bauer, Marcin Pussak
36 Lage der Seismikprofile Tempelhofer Feld 2 Seismikprofile entlang der Startbahnen 1 mittlere Seismiklinie aus CDPs Tag und Nacht Seismik Volle (27t) und halbe Vibrator-Kraft Quelle: GASAG, GFZ
37 Ergebnis Tempelhof Reflexionsseismik mit Vibroseis ist in Großstädten (noise-intensive) intensive) prinzipiell möglich Spezielles Datenprozessing unter Einsatz moderner Methoden führt zu verbesserter Signalqualität mit klarer Strukturabbildung, sogar bei halber Anregungskraft tagsüber Dichte, Wellengeschwindigkeit, Materialkontrast und Mächtigkeit bestimmen die seismo-mechanische mechanische Stratigraphie Quelle: Inga Möck, TUM
38 Energieatlas Berlin Anwendung des Berliner Untergrundmodells Hydrothermales Wärmepotential des Mittleren Buntsandsteins in GJ (aus Kastner et al., 2012) Aus: energyatlas.energie.tu-berlin.de
39 Berliner Spreebogen (erdgebundene Wärmepumpen)
40 Tiefe Geothermie Nordrhein-Westfalen 11. NRW Geothermiekonferenz
41 Tiefe Geothermie NRW 11. NRW Geothermiekonferenz
42 Ausblick: Wärmeerzeugung im Jahr 2050 Quellen: Greenpeace (G); Klimaschutz: Plan B 2050 Energiekonzept für Deutschland, August World Wild Fund For Nature (WWF); Vom Ziel her denken, Oktober Sachverständigenrat für Umweltfragen (SRU); 100% erneuerbare Stromversorgung bis 2050: klimaverträglich, sicher, bezahlbar, Mai ForschungsVerbund Erneuerbare Energien (FVEE); Energiekonzept 2050, Juli Umweltbundesamt (UBA); Energieziel 2050: 100% Strom aus erneuerbaren Quellen, Juli 2010
43 Geothermie: Strom, Wärme und Kälte Grundlastenergie (grundlastfähig) Umweltfreundlich (nachhaltig, regenerativ, klimaschonend) Versorgungssicher (keine Brennstoffe) Unerschöpfliches Reservoir Keine Brennstoffkosten Keine schwankenden Brennstoffkosten Heimische Energiequelle (krisensicher) Wertschöpfung bleibt in der Region..und Wellness: Danke für die Aufmerksamkeit
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