Tiefengeothermie in Deutschland Bohrtechnische Erschließung regenerativer Lagerstätten

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Elly Hummel
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1 Tiefengeothermie in Deutschland Bohrtechnische Erschließung regenerativer Lagerstätten Berg- und Hüttenmännischer Tag 2013 Prof. Dr.-Ing. Matthias Reich

2 Verteilung der Erdwärme Theorie: obere 3 km der Erdkruste enthalten genug Energie, um die Menschheit für Jahre zu versorgen! In Deutschland: interessante Temperaturen zur Stromgewinnung (ca C) ab ca. 4 6 km Tiefe 2

3 Unterirdische Wärmetauscher Hydrothermale Geothermie Aquifer Künstlich angelegter Wärmetauscher Petrothermale Geothermie Natürlicher Wärmetauscher 3

4 Roter Kamm, Aufschluss Zechenplatz, Bad Schlema SW NO

und Suchphase Heterogene Datenbasis Geothermische

Schneeberg/ Aue Datenakquisition komplexe Interpretation

5 Warum Tiefengeothermie in Sachsen? Erstklassige geologische Datenlage Sachsenweite Start- und Suchphase Heterogene Datenbasis Geothermische Modelle Homogenisierung Abgleich Optimaler Standort: Schneeberg/ Aue Datenakquisition komplexe Interpretation höchste Datendichte Bergbau Bohrungen alte seismische Profile höchste Modelltemperatur 5

6 Warum Tiefengeothermie in Sachsen? Erstklassige geologische Datenlage Geologische Schnitte als Grundlage für Modellierung Zusammensetzung von 10 Schnitten zu einem Modell Beispiel: Schnitt Wolfgang Maßen - Bhf. Schlema - Dürre Henne 6

7 Warum Tiefengeothermie in Sachsen? Erstklassige geologische Datenlage Erstellung eines komplexen 3-D Blockmodells Umsetzung in konkrete Bohrplanung Eibenstocker Granite Granit von Aue Keilberg-Gruppe Joachimsthaler Gruppe Thumer Gruppe Lößnitz-Zwönitzer Synklinale Frauenbach-Gruppe GOK -5 km -2 km Gesicherte Erkenntnisse Bohrungen Wismut-Bergbau weniger gesicherte Erkenntnisse zu klären durch 3-D Seismik 7

8 Warum Tiefengeothermie in Sachsen? Natürliche Seismizität umfassend untersucht Verbundprojekt MAGS Erlaubnisfeld Erdwärme bekannter Bergbau Durch Flutung induzierte Beben (Beobachtungszeitraum 20 Jahre) Anfänglich ca. 50 Messstationen (Wismut und TUBAF), heute noch ca. 10 in Betrieb 8

9 Warum Tiefengeothermie in Sachsen? Natürliche Seismizität gründlich untersucht Flutungsinduzierte Seismik, in 20 Jahren 1650 beobachtete Ereignisse fast alle Ereignisse mit Magnituden unter Null nur vereinzelte Ereignisse im Bereich 1 bis 2 kein gemessenes Ereignis mit Magnitude > 2 maximal mögliche Magnitude nach Gutenberg Richter Gesetz: 2,4 zum Vergleich: Magnitude 3 nach DIN zulässig für empfindliche Gebäude, Magnitude 5 für Wohngebäude 9

10 Warum Tiefengeothermie in Sachsen? Natürliche Seismizität gründlich untersucht Ausbreitung der Bodenschwingungen als Funktion von Magnitude und Herdentfernung M=2,5 M=1,5 M=2,0 Keine Gefahr Übertage Zulässig für empfindliche Gebäude Fiktives Ereignis der Magnitude 2,4 in 5 km Tiefe 10

11 Warum Tiefengeothermie in Sachsen? Erfahrung mit neuester 3-D Seismik Sprengpunkte Herbst 2012 Messungen: Vibrationsseismik 5000 Anregungspunkte je 10 Sek. Signal 8000 Empfängerpunkte 6000 Empfangskanäle Sprengseismik 30 m tief 30 kg/sprengung Laufende Auswertungen: LIAG TUBAF rot: Anregungspunkte grau: Geophonketten 11

12 Warum Tiefengeothermie in Sachsen? Vorläufige Ergebnisse der 3-D Seismik (TUBAF) Deutliche Strukturen im Granit! Erfolg! Bisher geplanter Bohrpfad im Bereich der großen Störungen Auswertungen noch nicht abgeschlossen Ergebnisse des Stern- Experiments einbeziehen Geschwindigkeitsmodell verfeinern steil stehende Störungen (Roter Kamm) besser beleuchten Anfang September detaillierten Bohrpfad festlegen 12

13 Warum Tiefengeothermie in Sachsen? Minimales, beherrschbares Risiko Geländehebungen wie in Stauffen können nicht auftreten (Geologie) Erdbeben wie in Basel können nicht auftreten (MAGS) Überflutungen (Eruptionen) können nicht auftreten (keine vorgespannten Wässer) Radioaktivität und Schwermetalle sind unter Kontrolle (geschlossene Kreisläufe, Entsorgungskonzepte) Altbergbau ist nicht vorhanden (Aktenlage, geplante Erkundungsbohrung) Einziges Risiko: Kostenrahmen Geringe Bohrgeschwindigkeit, Ausfälle, technische Probleme 13

14 Herausforderung: bohrtechnische Erschließung der Störungszone Operative Ziele Abteufen einer tiefen Richtbohrung im Granit Vertikalteufe: 5000 m Gesamtlänge ca m bis ca. 180 C Temperatur Auffinden des Kluftsystems 100% Kerngewinn im Kluftsystem Primäre Forschungsziele Untersuchung möglicher Kostenreduktion durch Einsatz innovativer Technologien Erprobung neuer Ortungsverfahren zum Auffinden von Störungen Seismische Überwachung der Bohrarbeiten Charakterisierung des Zielhorizonts durch Fördertests Erforschung der Wechselwirkungen zwischen Gebirge und Bohrung (Schwermetalle, Radioaktivität) Erkundung des Potentials zur Erzeugung von Strom und Wärme 14

15 Tiefengeothermieprojekt Sachsen Sekundäre, extern zu finanzierende Forschungsziele Steigerung der Datenrate zur Echtzeitübertragung seismischer Information aus der Bohrung zur Oberfläche Optimierung und weitere Automatisierung der Bohranlage Erprobung neuartiger Hochtemperatur-Elektroniken und Meßsysteme Erforschung der Genese von Erzlagerstätten weitere Projekte sofern sie nicht die primären Forschungsziele beeinträchtigen oder gefährden 15

16 Bohrplanung End-Durchmesser: 9 ½ (241 mm) End-Neigung: ca 30 Teleskopartiger Aufbau (mehrfacher Ummantelung durch Stahl und Zement) Innova Rig 16

17 Aktuelle Zeitplanung Herbst 2012: 3D-Seismik im Raum Schneeberg Nachweis von Kluftsystemen in der Zielteufe Frühjahr / Sommer 2013: Auswertung der 3D-Seismik Sommer / Herbst 2013: Aufruf des BMU zur Antragstellung, Ausschreibungen, Detailplanungen Frühjahr 2014: Beginn Anlage Bohrplatz Mitte 2014: Aufbau der Bohranlage, Beginn der Bohrarbeiten Frühjahr 2015: Ende der Bohrarbeiten Herbst 2015: Beendigung der Arbeiten an der Forschungsbohrung 17

Zusammenfassung Großer Forschungsbedarf zur Nutzbarkeit natürlicher Wärmetauscher im kristallinen Gebirge für Tiefengeothermie Freistaat Sachsen bietet dafür in Deutschland beste

Schäden durch induzierte Seismizität, Radioaktivität oder Schwermetalle Sehr fortgeschrittene Planung für Forschungsbohrung vorhanden, sehr detaillierte Projektskizze liegt BMU vor

18 Zusammenfassung Großer Forschungsbedarf zur Nutzbarkeit natürlicher Wärmetauscher im kristallinen Gebirge für Tiefengeothermie Freistaat Sachsen bietet dafür in Deutschland beste Voraussetzungen Optimaler Standort im Freistaat Sachsen: Schneeberg / Aue erstklassige geologische Datenlage nachgewiesenes ausgeprägtes Kluftsystem in Zielteufe von 5 km Keine Schäden durch induzierte Seismizität, Radioaktivität oder Schwermetalle Sehr fortgeschrittene Planung für Forschungsbohrung vorhanden, sehr detaillierte Projektskizze liegt BMU vor TU Bergakademie Freiberg Institut für... Professur für... Institutsadresse Telefonnummer: / Vortragender: Max Mustermann Veranstaltungstitel

19 Vielen Dank! 19

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