HYDRAULISCHE IMLOCHHAMMERBOHRUNG EINE TECHNISCHE PERSPEKTIVE FÜR GEOTHERMIEVORHABEN

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Rudolf Amsel
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1 HYDRAULISCHE IMLOCHHAMMERBOHRUNG EINE TECHNISCHE PERSPEKTIVE FÜR GEOTHERMIEVORHABEN Dipl.-Ing. Wolfgang Hornich 9. Tiefengeothermie Forum TU Darmstadt September 2014

2 Einordnung Mitteltiefe Geothermie Bohrung deutlicher Kostenfaktor (50 bis 70%) Geologische Risiken Problematische Genehmigungsverfahren Kaum Projekte BOHRTECHNIK AUSBLICK RESÜMEE

500 m Tiefe Temperaturniveau erlaubt Betrieb ohne Wärmepumpe Nutzung der hervorragenden

3 Mitteltiefe Erdwärmesonden Speicher im Kristallin Beladung: 220 Tage mit 90 C Vorlauftemperatur Entladung: 145 Tage, 12 Std. pro Tag mit 30 C Vorlauftemperatur 500 bis m Tiefe Temperaturniveau erlaubt Betrieb ohne Wärmepumpe Nutzung der hervorragenden Speicherungseigenschaften des Kristallins Reduktion Kosten und Risiko der Bohrung BOHRTECHNIK AUSBLICK RESÜMEE

4 Definition Kristallin Mit kristallinen Gesteinen sind im Allgemeinen magmatische und metamorphe Gesteine des Grundgebirges gemeint, die aufgrund der hohen Bildungstemperaturen eine Kristallstruktur im makroskopischen Bereich aufweisen. Solche Kristallingesteine stellen in weiten Teilen Süddeutschlands den unmittelbaren Untergrund dar (z.b. Bayerischer und Oberpfälzer Wald, Schwarzwald, Odenwald) oder treten unter jüngerer sedimentärer Überdeckung in Tiefen von 0,5 1,5 km auf. Nach Paschen et al. (2003) und anderen regionalen Studien sind mehr als 95 % der tiefengeothermischen Potenziale Deutschlands im kristallinen Grundgebirge verortet. Trotz Kenntnis dieser Potenzialverteilung gibt es bisher nur sehr wenige Projekte, bei denen versucht wurde, diese Potenziale zu erschließen (Soultz sous Forets, Bad Urach, Basel) und darüber hinaus nur sehr wenige Bohrungen die das kristalline Grundgebirge in relevanter Mächtigkeit erschließen. BOHRTECHNIK AUSBLICK RESÜMEE

5 Warum ist das Kristallin als geothermisches Reservoir/Speicher interessant? Verglichen mit anderen Gesteinen hohe Temperatur- und Wärmeleitfähigkeit (über 3 W/(m K)) Schnelle und effiziente Ein- und Ausspeicherung der Wärme Geringe hydraulische Durchlässigkeit (ermöglicht Speicherung von Wärme) Standfestes Gebirge, gute Bohrlochqualität Geringe Nutzungskonflikte Zudem hat die mitteltiefe Speicherung den Vorteil, dass hochtemperierte Wärme eingespeichert werden kann, da in diesen Tiefen keine Beeinflussung genutzter Grundwasserhorizonte zu befürchten ist. BOHRTECHNIK AUSBLICK RESÜMEE

6 Potentiell für Wärmespeicherung geeignete Kristallingesteine in Deutschland BOHRTECHNIK AUSBLICK RESÜMEE

7 Wassara Bohrhammer Schneller Bohrfortschritt im Festgestein (bis zu 0,7 m/min) Gute Bohrlochstabilität Verbesserter Bohrkleintransport 25 Mio. Meter gebohrt BOHRTECHNIK AUSBLICK RESÜMEE

8 Bohrverfahren: hydraulisches Imlochhammerverfahren Geringer Primärenergieeinsatz Geringere Herstelldauer Geringere Kosten Bohrung BOHRTECHNIK AUSBLICK RESÜMEE

9 Bohrverfahren: hydraulisches Imlochhammerverfahren Im Gegensatz zu pneumatischen Bohrverfahren ölfrei (Gefährdungspotential Grundwasser) Keine Spülungszusätze (Polymere, Bentonit) Geringe Bohrabweichung BOHRTECHNIK AUSBLICK RESÜMEE

10 Bohrverfahren: hydraulisches Imlochhammerverfahren PRAKLA RB50 auf MAN LKW Hakenlast Drehkopf max. 500kN max. 250 U/min max. 31,6 knm Strassentaugliches Bohrgerät Geringer Rüstzeiten Kurze Bohrdauer Keine Staubbelastung BOHRTECHNIK AUSBLICK RESÜMEE

wirtschaftlich nicht machbar 24 / 7 Betrieb erforderlich

11 Nachteile Bohrverfahren Verbrauch Frischwasser bis zu 670 Liter/min bei 150 bar (W200) Steuerung der Bohrung wirtschaftlich nicht machbar 24 / 7 Betrieb erforderlich Überlagerung von Lockergestein ungünstig für Bohrverfahren BOHRTECHNIK AUSBLICK RESÜMEE

12 Vorteile des Gesamtkonzepts Mitteltiefer Geothermiebohrungen im Kristallin mit hydraulischer Imlochhammerbohrmethode Geschlossenes System (Genehmigung, Korriosionsschutz) Dezentrale Energiespeicherung zukünftig mehr im Focus als Energieerzeugung Speichervolumen mitteltiefer Bohrungen sehr gut für mittlere bis sehr große Projekte geeignet Kristallines Gestein sehr geringes Bohrrisiko (Gas, Spülungsverlust, Bohrlochinstabilität, etc.) Kein Fündigkeitsrisiko Betrieb ohne Wärmepumpe BOHRTECHNIK AUSBLICK RESÜMEE

Steiggeschwindigkeit Spülung Bohrabweichung Bohrleistung / Einbaugeschwindigkeit

13 Pilotprojekt: Königstein Projektumfang: ca 400m Tiefe Bohrdurchmesser 200mm Einbau Koaxialsonde DN 110 Serizitgneis Geplante Optimierungen Bohrverfahren Optimale Steiggeschwindigkeit Spülung Bohrabweichung Bohrleistung / Einbaugeschwindigkeit Sonde Aufbereitung Spülwasser Kaliberverlust (StandzeitKronen) BOHRTECHNIK AUSBLICK RESÜMEE

14 Pilotprojekt KÖNIGSTEIN BOHRTECHNIK AUSBLICK RESÜMEE

000 m tiefe Vertikalbohrungen Stand der Technik (Rollmeisel, Umkehrspülverfahren, Kernbohrung)

15 Wahrscheinlichkeit einer wirtschaftlich und technisch erfolgreichen Umsetzung Hydraulische Imlochhammerbohrung erprobtes Verfahren Mehr als 25 Millionen Meter gebohrt m tiefe Vertikalbohrungen Stand der Technik (Rollmeisel, Umkehrspülverfahren, Kernbohrung) W100 und W150 bei Projekt Hallandsas Schweden bis zu 200m erfolgreich horizontal im Kristallin gebohrt BOHRTECHNIK AUSBLICK RESÜMEE

16 Aktuell geplante Geothermieprojekte mit hydraulischem Imlochhammereinsatz Tiefe Erdwärmesonde (1x 400m) zur Heizwärmeversorgung eines Gymnasiums in Königstein. Auftraggeber: RMD Rhein-Main Deponie GmbH Forschungsprojekt: Kristalliner Erdwärmesondenspeicher (4x 1.000m) zur saisonalen Speicherung solarthermischer und industrieller Wärme zwecks Beheizung von Bürogebäuden (Campus TU Darmstadt) BOHRTECHNIK AUSBLICK RESÜMEE

17 RESÜMEE Dezentrale Speicherung von Energie zukünftig höherer Stellenwert Nutzungskonflikte oberflächennaher Geothermie werden stärker Schnelles, wirtschaftliches, emissionsarmes Bohrverfahren zur erfolgreichen Umsetzung Speichervolumen mitteltiefer Bohrungen BOHRTECHNIK AUSBLICK RESÜMEE

19 Kontaktdaten: Dipl.-Ing. Wolfgang Hornich Geschäftsführer Züblin Spezialtiefbau Ges.m.b.H. Donau-City-Straße 9 A-1220 Wien Tel.: +43(0) Mail: wolfgang.hornich@zueblin.at

20 Quellenangaben Riechers, J. (2011): Wohin bohren wir? Masshaltigkeit konventioneller und innovativer hydraulischer GeoJetting Bohrtechnik. - unveröff. Bachelorarbeit. GZB Internationales Geothermiezentrum. Hochschule Bochum. Wittig, V. (2012): DTH Fluid Hammer drilling developments and latest R&D activities at GZB, Bochum; DTH Fluidhammer : Ergebnisse der neusten GZB Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten; Vortrag Geotherm, März 2012, Offenburg. SASS I., BÄR K., RÜHAAK W., HOMUTH S., SCHULTE D., WELSCH B. (2013) Präsentation: Solargekoppelter mitteltiefer Erdwärmesondenspeicher SASS I., HOMUTH S., NEHLER M., HELDMANN C., (2013) Market Report Deep Geothermal Energy in Europe (Karte zu den Kristallingebieten in Deutschland)

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