Geothermie im Norddeutschen. Experimente und Validiermöglichkeiten im

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Charlotte Salzmann
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1 Geothermie im Norddeutschen Becken Experimente und Validiermöglichkeiten im Technologiepark Groß Schönebeck Simona Regenspurg, Guido Blöcher, Ali Saadat, ErnstHuenges Internationales Geothermiezentrum, GFZ Potsdam

Schönebeck Simona Regenspurg, Guido Blöcher, Ali

2 Geothermie - Begriffe Nutzung zum Heizen und Kühlen Elektrische Stromerzeugung (> 100 C) Petrothermale Systeme Hydrothermale Systeme (Aquifere) Hochenthalpie Systeme (> 200 C) Niedrigenthalpie Systeme (< 200 C) vulkanische Gebiete tiefe Bohrungen notwendig (z.b. Island)

Systeme (Aquifere) Hochenthalpie Systeme (> 200 C) Niedrigenthalpie

3 Geothermische Energieerzeugung g g in Deutschland Wärmepotential: 1430 TWh/a Wärmeprojekte Strompotential: t ti 320 TWh/a Stromprojekte Quelle:

4 Unterschiedliche geologische Einheiten als Reservoire unterschiedliche h Fluideigenschaften i Granit, Sandstein (Trias): hohe Salzgehalte, geringe Permeabilität (EGS), hoher geothermischer Gradient Sandstein (Perm oder Buntsandstein): hohe Salzgehalte) geringe Permeabilität (EGS) Karbonatgesteine (Malm): niedrige Salzgehalte, oft verkarstet

Permeabilität (EGS), hoher geothermischer Gradient Sandstein (Perm oder

5 Norddeutsches Becken Groß Schönebeck: In situ Groß Schönebeck: In situ Geothermie- Forschungslabor des GFZ

6 Forschung am GFZ: Ganzheitlicher Ansatz Untertage 1. Exploration 2. Reservoir Engineering 3. Monitoring g( (im Bohrloch) Übertage 4. Korrosion und Fluid Monitoring 5. Kraftwerkstechnik

7 In situ Geothermielabor Groß Schönebeck - Chronik - Bohrung GrSk3/ /91 Erdgasexplorationsbohrung (4.240 m) Bohrung GrSk4 Mai 2006 Beginn der 2. Bohrung seit 2000 Forschungsbohrung h Aufwältigung Altbohrung, ~4,2 km Tiefe bei 150 C Januar 2007 Fertigstellung der 2. Bohrung 2001 hydraulischer Test: Ermittlung des Ausgangszustandes der Bohrung 2002 Sandsteinstimulation konventionell Ergebnis: Steigerung der Thermalwasserproduktivität 2003 Vertiefen (4.309 m), massive hydraulische Stimulationsexperimente ( m³ Wasser injiziert), Produktionstest Produktivitätssteigerung ität t i 2004 faseroptische Temperaturmessungen, Langzeitinjektionstest (4.400 m) September 2007 hydraulische Stimulation in Vulkaniten ( m³ Wasser injiziert), konventioneller Gel- Proppant-Frac in zwei Sandsteinhorizonten, Produktionstest Mai 2009 Säurestimulation Produktivität: m 3 /hmpa 2010 /2011: Kommunikationsexperiment, Bau Stromerzeugungsanlage Betrieb als Geothermie-Technologie Forschungspark

Bohrung 2001 hydraulischer Test: Ermittlung des Ausgangszustandes der Bohrung 2002 Sandsteinstimulation konventionell Ergebnis: Steigerung der Thermalwasserproduktivität 2003 Vertiefen (4.

8 1. Exploration Geologische Situation: Groß Schönebeck

9 2. Reservoir Engineering Planung und Layout der Bohrungen Stimulation der Reservoirgesteine - hydraulische Stimulation (Wasser Fracs oder Gel/ Proppant Frac) - chemische Stimulation Validierung der Langzeitentwicklung durch Experimente, Modellierung und Monitoring Frac Equipment

Gel/ Proppant Frac) - chemische Stimulation Validierung der

10 Abfolge der Stimulationen

11 Säuerung und CLT (2009): - 10 m³ HCl (7.5 %) m - 30 Minutes coil tubing - Durchmesser 2 - Gesamtlänge 5000 m Casing Lift Test (CLT) -4 h m³ N2

12 Modellierung der Kaltwasserfront (30 Jahre)

13 3. Reservoir Monitoring Bohrloch Logging (T, p, - Strahlung) Veränderung der Bedingungen Untertage temperature ( C) Lithology & Gamma Ray Log -ray-profil: lithologische Charakterisierung (Sand / Ton) T-Profile: Veränderungen zeigen den Einfluss von advektivem Wärmetransport (durch hydraulische h dep pth (m) Stimulierung)

14 3. Reservoir Monitoring mit Y-Tool Einbau des Y-Stücks in die Produktionsbohrung (Bypass-Rohr in 1200 m Tiefe) e) Monitoring während der Fluidproduktion

15 Untertage Übertage: Kommunikationsexperiment Ziele Zeitliches Verhalten der Eignungsparameter Leistungskriterien it i (Produktivitäts-/Injektivitäts-Index) ität ität I d Bestimmung der Zusammensetzung des Thermalwassers Bestimmung Reservoireigenschaften Zeitverhalten der Druck- und Temperaturverhältnisse beteiligten Reservoir-Volumens Thermalwasserzirkulation Begrenzungen des Reservoirs Untersuchung verfahrenstechnischer Fragen Korrosion und Fällungsreaktionen Komponentenverhalten

Reservoireigenschaften Zeitverhalten der Druck- und Temperaturverhältnisse beteiligten Reservoir-Volumens

16 Kommunikationsexperiment - Ablauf Slide 16/42 GFZ Potsdam -> Section Reservoir Technologies

17 Kommunikationsexperiment - Ablauf

18 Betriebsnahe Untersuchungen (Korrosion, Systemkomponenten)

19 Thermalwasserkreislauf: Komponenten und Prozesse Wärmeübertragung Kraftwerk Armaturen Teststrecke Filter Injektionspumpe Zweiphasen- Strömung Rohrleitung Förderpumpe Chem. Reaktionen

20 4. Korrosion und Fluid Monitoring Fluidchemie Flüssigkeit (mm) 265 g/l Salz K; 74 other; 115 Na; 1671 Ca; 1347 Cl; 4719 Volumenverhältnis Gas: Flüssigkeit = ~ 1:1 SO4; SiO2; Pb;.0.8 Li 29 Gasgemisch NH4; 4.1 Zn; 1.1 CO 2: 0.3 CH4 CH 4 : N2 Sr CO2 29 He N 2 : Ar H2 Fe; 2.0 Mn 4.9 Br 18 Mg 22 O2

1:1 SO4; SiO2; 1.2 145 1.45 Pb;.0.8 Li 29 Gasgemisch NH4; 4.1 Zn; 1.1 CO 2: 0.

21 Beispiel Korrosion: Bohrlochkabel Ø 10 mm Material: Aldrey (AlMgSi0.5), Verweilzeit im Bohrloch: 14h 50min Tiefe: 4260m, 146 C Beispiel Scaling vorher danach PbOHCl am Pumpenkabel

22 Fluidchemisches Monitoring: FluMo Korrosion und Scaling können zum frühen Verschleiß von Analgenkomponenten, oder zur Reservoirschädigung g führen FluMo: Verständnis der ablaufenden chemischem Reaktionen Messung von chemisch-physikalischen Fluid - Eigenschaften (ph, Eh, el. Leitfähigkeit, Sauerstoff, Dichte ) unter in-situ Bedingungen

23 4. Korrosion und Fluid Monitoring Materialuntersuchungen in der Korrosions-Teststrecke Bestimmung der Korrosions-relevanten Parameter Fluid-spezifischer Material Anwendungskatalog GFZ Deutsches GeoForschungs Zentrum S+C Schmidt und Clemens Bundesanstalt für Materialforschung Berlin GFZ Deutsches GeoForschungszentrum

24 5. Geothermie Kraftwerk: Groß Schönebeck (2011) Systematische Untersuchung: Generator o o o o Komponenten Eigenschaften Teillast Langzeitentwicklung Kopplung von Über- und Untertageprozesse Turbine Kondensor Ganzheitlicher Ansatz für das Layout geothermischer Anlagen

25 Kleines ORC Modul (60 KW) zum Test für den Einsatz in Indonesien Großes ORC Kraftwerk; KW

27 Vielen Dank! Sektion 4 1 GFZ Sektion 4.1 GFZ Ernst Huenges, Ali Saadat, Inga Möck, Günther Zimmermann, Guido Blöcher, Stephan Kranz, Stephanie Frick, Harald Milsch, Jan Henninges

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