Energie aus Geothermie für die Schweiz Möglichkeiten, Herausforderungen, Grenzen

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Simon Dittmar
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1 Energie aus Geothermie für die Schweiz Möglichkeiten, Herausforderungen, Grenzen GEOTHERMIE.CH Schweizerische Vereinigung für Geothermie (SVG) Société Suisse pour la Géothermie (SSG) 8500 Frauenfeld Dr. Roland Wyss Leiter der Geschäftsstelle Geologe CHGEOLcert/SIA Weiterbildungsseminar Forum VERA Frutigen, 23. September 2011 Geothermie 99% der Erde ist über 1000 C heiss. Nur 0.1% sind kälter als 100 C. 1

Woher kommt die Erdwärme > Restwärme aus

Erdentstehung Akkretionswärme Einschläge von

Erdwärme wird ständig neu gebildet: Der innere

Verfestigung und Kristallisation wird Wärme frei

2 Woher kommt die Erdwärme > Restwärme aus Entstehung der Erde: «Ursprungswärme» aus der Erdentstehung Akkretionswärme Einschläge von Meteoriten in der jungen Geschichte der Erde > Erdwärme wird ständig neu gebildet: Der innere Erdkern vergrössert sich und durch diese Verfestigung und Kristallisation wird Wärme frei Radioaktive Zerfallsprozesse in der Erdkruste Temperaturverlauf in der Erde 2

3 Temperaturzunahme mit der Tiefe 3 C pro 100 m Tiefbohrung Siblingen (SH) > 58 C in 1500 m Tiefe Oberflächennahe Erdwärme 3

A B C D A B C D Indirekte Wärmenutzung zu Heizzwecken mittels Wärmepumpe Direkte Wärmenutzung zu Heizzwecken (Grundwasser oder

Stromproduktion aus trockenem Gebirge (petrothermale Tiefengeothermie, Enhanced Geothermal System, EGS) Erdwärmesonde

50 W/m bei Standardnutzung zum Heizen Lebensdauer > 100 Jahre Hinterfüllung mit Zement- Bentonit-Injektion im

4 A B C D A B C D Indirekte Wärmenutzung zu Heizzwecken mittels Wärmepumpe Direkte Wärmenutzung zu Heizzwecken (Grundwasser oder tiefe Erdwärmesonde) Wärmenutzung zur Stromproduktion aus Tiefengrundwasser (hydrothermale Tiefengeothermie) Wärmenutzung zur Stromproduktion aus trockenem Gebirge (petrothermale Tiefengeothermie, Enhanced Geothermal System, EGS) Erdwärmesonde Duplex-Erdwärmesonde Ø 25 / 32 / 40 / 50 mm PE 100 / PN 16 nahtlos SKZ Würzburg geprüft 100 bis 400 m Tiefe Leistung ca. 50 W/m bei Standardnutzung zum Heizen Lebensdauer > 100 Jahre Hinterfüllung mit Zement- Bentonit-Injektion im Contractorverfahren Abdichtung des Bodens Verhindert die Verbindung verschiedener Grundwasserhorizonte Gewährt einen definierten Wärmeschluss zum Erdreich 4

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2B 1B 20B 26B 32B 7B 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 8A 9A 10A 3B 4B 11B 11A 12A 13A 14A 15A 16A 17A 14B 5B

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Kanalisation sind zu umfahren Erdwärmesondenfelder > Dolder Grand Hotel, Zürich : 1 GWh

6 2B 1B 20B 26B 32B 7B 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 8A 9A 10A 3B 4B 11B 11A 12A 13A 14A 15A 16A 17A 14B 5B 18B 13B 21B 27B 33B 12B 8B 19B 6B 15B 22B 28B 18A 34B 9B 16B 23B 25B 31B 19A 25A 31A 29B 35B 10B 17B 20A 26A 32A 21A 27A 33A 24B 30B 22A 28A 34A 23A 29A 35A 24A 30A Ø 40m Zuleitung Ø 40mm Verteiler mit Mauerkragen Verlegung auf Magerbeton Im Bereich Verteiler max. 3 lagig, (12cm) sonst max. 2-lagig (8 cm) Die Rohre sind auf dem Magerbeton mit Rohrbriden zu befestigen Pfeiler / Kanalisation sind zu umfahren Erdwärmesondenfelder > Dolder Grand Hotel, Zürich : 1 GWh Heizenergie und 1 GWh Kühlenergie 70 Erdwärmesonden à 152 m (> m) Erdwärmesonden Energiepfähle Geostrukturen Fundationspfähle als Wärmetauscher Heizen und Kühlen analog einer Erdwärmesonde Quelle: A+W Zürich 6

Geostrukturen: Aldi Verteilzentrum, Domdidier >

7 Geostrukturen: Aldi Verteilzentrum, Domdidier > Grundfläche: m 2 > Insgesamt über 7000 Pfähle (34 m lang) > 378 Pfähle mit Absorberleitungen (> lm, auf m 2 ) 450 kw Quelle: J.-Ph. Borel Erdwärmekörbe > Erdwärmekörbe in der Tiefe von 1.5 bis 3.5 Meter > Temperaturbereich 6 bis 14 C > Euro Patent > bei kleineren Objekten oder Gebieten ohne EWS Bewilligung 7

8 Horizontale Erdregister Clauser (2006) Grundwassernutzung 8

9 Tiefe Aquifere, Thermalquellen > Schematischer Aufbau des Doublettensystems und des Fernwärmenetzes in Riehen (BS) > Ort, Tiefe von Geothermiebohrungen und unterstützte Bohrungen in der Schweiz ( , Quelle: BFE) Quelle: Vuataz 2003 Tunnelwassernutzung > genutzte Tunnelwässer in der Schweiz 9

10 Tunnelwassernutzung, Beispiele Tunnelportal Furka (VS) Tunnelportal Ricken (SG) 5400 l/min, 16 C, 960 kw Beheizung von 177 Wohnungen 690 l/min, 12 C, 156 kw Beheizung einer Mehrzweckhalle, einer Turnhalle und einer Schule Geothermische Energieproduktion seit 1990 Erneuerbarer Anteil, vor WP Quelle: Geothermiestatistik

11 Tiefengeothermie: Hydrothermale / Petrothermale Tiefengeothermie Geothermieprojekt Basel granitic basement Quelle: Geopower Basel AG 11

EGS: Erzeugen des Kluftnetzes durch hydraulische Stimulation 1 2 3

Durchlässigkeit des Gesteins/des Gebirges Sehr gering Stimulation

12 EGS: Erzeugen des Kluftnetzes durch hydraulische Stimulation Microseismik Hydrothermal / Petrothermal Hoch Natürliche Durchlässigkeit des Gesteins/des Gebirges Sehr gering Stimulation chemisch, hydraulisch etc. Hydrothermale Systeme Petrothermale Systeme 12

Potenziale Potenzial Geothermie Theoretisches

Wärmeinhalt Erläuterung Im Gestein enthaltene Wärme

Wärmeinhalt Mit bekannten Methoden, nutzbare

Wirtschaftlich nutzbarer Wärmeinhalt Mit bekannten

13 Potenziale Potenzial Geothermie Theoretisches Potenzial Förderbarkeit Heat in Place Theoretischer Wärmeinhalt Erläuterung Im Gestein enthaltene Wärme Technisches Potenzial Technisch nutzbarer Wärmeinhalt Mit bekannten Methoden, nutzbare mögliche Wärme Wirtschaftliches Potenzial Wirtschaftlich nutzbarer Wärmeinhalt Mit bekannten Methoden, wirtschaftlich nutzbare Wärme Potenzial Geothermie nach 2050 Quelle: Axpo 13

14 Geothermisches Potenzial in der Schweiz > PSI, 2005: Theoretisches Potenzial 3 7 km Tiefe TWh th Gewinnungsfaktor: 4 % Wirkungsgrad: 10 % «Technisches» Potenzial: TWh e (Stromverbauch in der Schweiz: 59 TWh e pro Jahr) Stromgestehungskosten: 7 15 Rp./kWh Vergleich Stromgestehungskosten Quelle: SATW

15 Tiefengeothermie liefert Bandenergie Winter Sommer Hydro Solar Wind Geothermie Stromproduktion aus Geothermie Totale Leistung weltweit: 11 GW 15

16 Geologisches Übersichtsprofil Bohrungen in der Schweiz (>3000 m) 16

17 Geothermie-Zukunft > Kann das riesige geothermische Potenzial wirtschaftlich genutzt werden? > Geothermische Exploration notwendig Koordiniertes Vorgehen von Branche, Politik, Wissenschaft mit einer breiten Unterstützung der Bevölkerung > Es braucht Projekte Die Entwicklung einer neuen Technologie dauert Jahre Aktionsplan > Exploration (Phase 1,, ): Erkundung von 10 «typischen», für die Tiefengeothermie geeigneten Standorten. Detaillierte Untersuchungen (u. a. Seismikkampagnen), 15 Explorationsbohrungen inkl. Pilotversuche. 500 Millionen CHF. > Kraftwerksbau (Phase 2, ): Bau von 5 Pilotkraftwerken mit elektrischen Leistung von mind. 5 MW ( 200 GWh Strom/Jahr). 200 Millionen CHF. > Upscaling und Zubau (Phasen 3 und 4, 2020 bis 2035/50): Ausbau als Grosskraftwerke. Explorations- und Bauarbeiten in weiteren Regionen. 17

18 Zusammenfassung > Wärmeproduktion Rahmenbedingungen bekannt Technologien bekannt Wirtschaftlich Qualität muss sichergestellt werden > Stromproduktion Grosses Potenzial Steht am Anfang Technologieentwicklung braucht Zeit Grosse Herausforderung 18

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