Stand & Persepektiven der Tiefen Geothermie

Transkript

1 Stand & Persepektiven der Tiefen Geothermie Torsten Tischner 1 & Reinhard Jung 2 1 Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), Hannover 2 Jung Geotherm, Isernhagen

2 Gliederung: Erdwärmenutzung weltweit und Deutschland Geothermieregionen in Deutschland Erschließung gering durchlässsiger Reservoire Perspektive

3 Geothermie weltweit Geoth. Kraftwerkskap.: (MW el, aus Bertani, 2010) USA : 3093 Philippinen : 1904 Indonesien : 1197 Italien : 843 Neuseeland : 628 Island : 575 Deutschland : 7

4 Erdwärmenutzung weltweit Installierte Leistung, 2005 Quelle: BGR, 2009

5 Aktueller Energieverbrauch gesamt + geothermisch Primärenergie (ohne Strom) Welt Gesamt Geoth. Anteil (%) (Wärme) 0, Deutschland Gesamt Geoth. Anteil (%) 3,5 (Wärme) Strom , ,01 Angaben in TWh pro Jahr 0,1 Quellen: Bertani, 2010 Lund et al., 2010 Wikipedia: Weltenergiebedarf

6 Tiefe Geothermie: Hochenthalpiestandorte Vulkanische Gebiete Dampflagerstätten Niedrigenthalpiestandorte z.b. Deutschland Heißwasser (flüssig) Heißdampf 1 kwh/kg (überwiegend Verdampfungswärme) Energiegehalt: Zum Vergleich: Erdöl : 10 kwh/kg Heißwasser 0,1 kwh/kg (bei Abkühlung um 100 K) Faktor 100 höherer Massenstrom notwendig!

7 Aktuelle Geothermieregionen in Deutschland (Tiefe Geothermie) Norddeutsches Becken? Oberrheingraben Süddeutsches Molassebecken Quelle: Schellschmidt, 2010

8 Tiefe Geothermie Deutschland: Stromerzeugung Stromerzeugung 2010: 5 Anlagen mit einer installierten Kapazität von ca. 8 MW el Kombiniert mit Fernwärme: installierte Kapazität von ca. 100 MW t Vor 2007: 1 Anlage mit ca. 250 kw e (Neustadt-Glewe) Temperaturverteilung in 2500 m Quelle: Schellschmidt, 2010

9 Tiefe Geothermie Deutschland: Geothermische Heizzentralen Heizzentralen, Status 2010: 16 Anlagen mit einer installierten Kapazität von ca. 230 MW t Mindestens Verdopplung der Leistung in den letzten 3 Jahren! Temperaturverteilung in 2500 m Quelle: Schellschmidt, 2010

10 Süddeutsches Molassebecken Permeable Karst u. Störungs- Strukturen (Malmkarst) Seismische Erkundung Erfolgreiche Erschließung (optional nach Säuerung) Referenzprojekt - Unterhaching: Temperatur : 122 C Fließrate : 150 l/s Wärme (installiert) : 30 MW t Strom (installiert) : 3.4 MW e

11 Oberrheingraben Störungen/Klüfte (Muschelkalk, Buntsandstein, Granit) + Seismische Erkundung Referenzprojekt - Landau: Temperatur : 160 C Fließrate (max.) : 70 l/s Wärme (installiert) : 6 MW t Strom (installiert) : 3,6 MW e Photo: Fa. Bestec

12 Oberrheingraben: Induzierte Seismizität Spürbare seismische Ereignisse (auch) im Regelbetrieb Investitionshemmnis / F&E-Bedarf Seismische Ereignisse seit 2000 mit Magnitude > 2 (max.: 4,5): Rot: tektonisch Gelb: induziert

13 Norddeutsches Becken Porenwasseraquifere: klassische hydrothermale Nutzung 0 m Kreide 1000 m Jura Keuper 2000 m Muschelkalk Buntsandstein 3000 m Zechstein 4000 m 5000 m Oberrotliegendes Unterrotliegendes Vulkanite Karbon

14 Norddeutsches Becken: Neustadt-Glewe 2 km Quelle: Fa. GTN Temperatur : 99 C Fließrate (max.) Wärme (installiert) Strom (installiert) : 35 l/s : 7 MW t : 0,5 MW e

15 Geothermisches Potenzial, Heißwasseraquifere für Stromerzeugung (TAB-Bericht, 2002) Süddeutsches Molassebecken Oberrheingraben : 19 GWa el : 58 GWa el Norddeutsches Becken : 210 Gwa el? (v.a. Rotliegendes) (GWa: Gigawattjahr) Geringes Potenzial in aktuellen Vorzugsgebieten: Molassebecken + Oberrheingraben Geothermie im Norddeutschen Becken schwieriger (geringe hydr. Durchlässigkeit )!

16 Geothermisches Potenzial in gering permeablem Gestein Kristallingesteine Aus: TAB-Studie (2002) Kristallingebiete: GWa el (TAB) + Zusätzl. großes Potential im gering permeablen bzw. dichtem Gestein (sedimentär/metamorph) Petrothermale Geothermie!

17 Hydraulic Fracturing (Hydraulische Risserzeugung) Schlüsselmethode zur Erschliessung gering permeabler Gesteinsformationen! Fluidinjektion mit Drücken oberhalb der Gebirgsspannung Erzeugung von Rissen senkrecht zur kleinsten Gebirgsspannung Economides & Nolte 2000

18 Hydraulic Fracturing (Hydraulische Risserzeugung) Stützmittelfrac : Injektion von Gel + Stützmittel Stützmittel zum Erhalt der Rissöffnung technisch aufwendig v.a. Verbesserung des bohrlochnahen Bereichs Wasserfrac : Injektion von großen Wassermengen mit hohen Fließraten (z.b. 50 l/s) permanente Öffnung der Rissflächen durch Scherung Rissflächen bis zu 1 km 2 (in gering permeablem Gestein)

19 Wasserfracs HDR-Projekt Soultz - Granit 3000 Depth (m) GPK GPK Northing (m) GPK

20 Wasserfracs HDR-Projekt Soultz - Granit Depth (m) GPK 2 GPK 4 GPK Injektionsvolumen: GPK2: m 3 GPK3: m 3 GPK4: 9300 m 3 (Bei Fließrate von je ca. 50 l/s) Northing (m) Hydraulische Verbindung der Bohrungen! Fließrate bei Wasserfracs entscheidend Produktivitätssteigerung ist prognostizierbar! Induzierte Seismizität!

21 Hydraulic Fracturing (Transmissibilität: 0,1 < T 1 D m) Beispiel: Groß Schönebeck GFZ

22 Hydraulic Fracturing: Multirisskonzept (Transmissibilität: T < 0,01 Dm) Granit, Vulkanite

23 Hydraulic Fracturing: GeneSys GEOZENTRUM Wärmetauscher Pumpe Permeabler Aquifer (Wealden) Dichte Sandsteine im Mittleren Buntsandstein Wealden Pumpe Zyklisches Verfahren ( Huff Puff ) Rötsalinar (so) Tonstein (sm) Sandstein (sm) Tonstein (sm) Risshöhe: ca. 300 m Risslänge: ca m Saisonaler Zyklus (bevorzugt): Mai - Juni : Injektion in Buntsandstein Juli - Sept.: Aufwärmphase Okt.- April : Rückförderung u. Zwischenspeicherung (Volumen: m 3 )

24 Tiefe Geothermie: Perspektive Deutschland Installierte geothermische Leistung: Thermische Leistung (MW) ? Elektrische Leistung (MW) 8 50? Annahme für 2014: Aktuell im Bau befindliche Projekte werden erfolgreich realisiert. (Quelle für Projektübersicht: GtV - BV Geothermie, Dez.2010) Langfristige Perspektive hängt von der Nutzung der gering durchlässigen/dichten Gesteinsformationen ab (Petrothermale Geothermie)!

25 Fragestellungen der Tiefen Geothermie (Deutschland) Fündigkeit der Bohrungen bessere Erkundung: 3-D-Seismik; Erfahrungen;.. Senkung der Bohrkosten neue Bohrkonzepte und Materialien Langzeitbeständigkeit der Förderpumpen Prognose bzw. Vermeidung fühlbarer Mikrobeben Erschließung von gering permeablen Gestein (Petrothermale Geothermie!)

26 Tiefe Geothermie: Perspektive weltweit Ambitionierte Ziele und Ausbauraten in vielen Ländern (Indonesien, Phillipinen, Island,..) Quelle; Bertani, 2010 zunehmendes Interesse in weiteren Ländern mit hohem Potential (z.b. Ostafrika)

27 Zusammenfassung Ausbau der Tiefen Geothermie derzeit vorrangig im Süddeutschen Molassebecken und Oberrheingraben Flächenhafter Ausbau hängt von der petrothermalen Geothermie ab Hydraulic Fracturing ist entscheidend (Neue Frackonzepte; F&E-Bedarf, Demonstrationsprojekte, qualifiziertes Personal, ) Langer Atem für die Tiefe Geothermie notwendig!

28 Vielen Dank!