Exploration und Nutzung geothermischer Energie

Transkript

1 Exploration und Nutzung geothermischer Energie

2 Erschließung geothermischer Ressourcen

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4 Erdwärmesonden in Baden-Württemberg Im LGRB erfasst (Febr. 2007): 5725 EWS Bohrmeter: m Bohrtiefe: bis 250 m, durchschnittliche Tiefe: 95 m Damit installierte Heizleistung: etwa MW* Wahrscheinlich tatsächliche Anzahl: etwa EWS Damit installierte Heizleistung: etwa 57 MW* * = für begrenzte Betriebszeit

5 Präambel: Geothermie ist grundlastfähig, keine Notwendigkeit der (in der Regel problematischen weil verlustreichen) Speicherung, witterungsunabhängig verfügbar bei Tag und Nacht; aber auch zum Kühlen denkbar! Erschließung des Thermalwassers aus dem Muschelkalk in m Tiefe (rd m) Zwei Tiefbohrungen im Teleskopien; oberflächennah mit Außendurchmesser 70 cm, zur Tiefe verjüngend bis auf 21,6 cm Zirkulationsrate von L/s und einer geothermalen Wasserthemperatur von Grad Celsius; Nutzleistung von 2,1 MW (Temp. > 100 Grad Celsius: grds. Eignung für die Erzeugung elektrischer Energie) Liegenschaftsenergiebedarf: 4,8 MW; nach Sanierung 3,1 MW; bisherige Gas-/Öl-Kesselanlage für Spitzenlast Anschaffungskosten von rd. 9 Mio ; Amortisation von 18 Jahren Dublettenbetrieb; wichtig: hydraulische Korrespondenz zwischen den Bohrendteufen, da vmtl. hydraulisch geschlossenes System in der Tiefe; Pumpversuche und Zulauftests für die Ergiebigkeit; Erkenntnisse zu Ergiebigkeit, Schluckvermögen und hydraulischem Reaktionsvermögen der beiden Bohrungen Abstand der Bohrungen zueinander: rd m; Bohrtiefe bis in das kristalline Basement des Permokarbons Ruhewasserspiegel 350 m u. GOK Pumpenleistungen: L/s (40 90 cbm/h) Hebungen bei Gips und Anhydrit (Staufen) Erdbeben (seismische Ereignisse, induzierte Seismizität) Basel

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9 Wärmebedarf der Liegenschaft Aktuell: Saniert*: 4,8 MW 3,1 MW Welcher Anteil kann durch die wirtschaftliche Erschließung geothermischer Energie abgedeckt werden? * Nach Abschluss der energetischen Sanierung der Gebäudehülle als auch der technischen Einrichtungen

10 Temperaturverlauf 2005: 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 Reihe1 0,0-5, ,0-15,0

11 Gewählt: 2,1 MW für Geothermie zur Abdeckung der Grundlast; Spitze: durch vorhandene Kessel Teil-Spitzenlast im Teilenergiebereich von 2,1 MW bis 3,1 MW Durch Geothermie abgedeckt

12 Ergebnisse: 1. Thermalwasser-Förderung aus dem Muschelkalk kann die Anforderung an 2,1 MW Wärmeleistung mit ausreichender Wahrscheinlichkeit (50%) erfüllen. 2. Falls die Muschelkalk-Schüttung nicht ausreichen sollte, muss entweder mehr Kesselarbeit aufgebracht werden, oder mit Muschelkalk- Rücklaufwasser bzw. Malmwasser zusätzlich Wärme erzeugt werden. 3. Die energetische Sanierung der Gebäude sollte - wegen weiterer Energieeinsparung - möglichst zügig umgesetzt werden. Dann steigt der prozentualen Geothermieanteil auf bis zu 97% an. 4. Die TWW-Versorgung muss solange weiterhin dezentral erzeugt werden, bis alle Gebäude auf dezentrale TWW- Versorgung (Speicherladesystem) umgestellt sein werden.

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17 Zusammenfassung der Erkundungsarbeiten für die Erschließung hydrothermaler Energie Vorerkundung der Bohrpunkte, seismische Messungen Festlegung + Planung der ersten Erkundungsbohrung Festlegung des weiteren Bohransatzpunktes Abteufen der ersten Bohrung und Pumpversuche Niederbringen und Ausbau der zweiten Bohrung mit hydraulischen und hydrochemischen Untersuchungen Interferenzpumpversuch bzw. Versuche im Dublettenbetrieb Abschlussgutachten Erstellung Bewirtschaftungskonzept/ Monitoring

18 Komplikationsmöglichkeiten induzierte Seismizität (Erdstöße, Erdbeben), z.b. in Basel Veränderungen des Untergrundes (Hebungen); z.b. in Staufen

19 Basel Petrothermale (Tiefen-) Geometrie, (Hot Dry Rock) Schaffung eines künstlichen Kluftsystems als geothermischer Wärmetauscher unter Tage in m Tiefe im trockenen, schlecht durchlässigen Gebirge mit hohen hydraulischen (Kalt-) Wasserdrücken von bis zu 300 bar hydraulische Stimulation hat kleinere Erdbeben ausgelöst (auch Bad Urach) das Schmiermittel Wasser kann bestehende tektonische Vorspannungen des Gebirges schlagartig lösen Mikroseismizität, Auskühlung, Volumen- und Druckänderungen

20 Landau Hydrothermale geothermische Nutzung eines natürlichen Reservoirs in ca m Tiefe deutliche niedrigere Drücke überraschendes Auftreten induzierter Seismizität während des Betriebes

21 Staufen auftretende Hebungen als Folge von Quellung durch Wasseraufnahme führen zu gravierenden Schäden an Gebäuden und Infrastruktur angebohrter Anhydrit hydratisiert zu Gips vmtl. Ursache: unbeabsichtigt geschaffene Umläufigkeiten durch Bohrungen bzw. Ausbauart/ - verfahren mit irreversiblem Wasserzutritt (Leakage) im Anhydrit Hebungen von ca. 1 cm pro Monat seit fast 2,5 Jahren

22 Wiesbaden Bohrlochhavarie bei oberflächennaher Erdwärmebohrung hydraulisches Öffnen eines thermischen Artesers mit unkontrolliertem Austritt des gespannten Thermalwassers an der Geländeoberfläche

23 Pfullendorf Erschließung der hydrothermalen Geothermie aus Gesteinsfolgen des Muschelkalkes in ca m Tiefe Seismisches Risiko eher gering, wie bestehende Erdölund Thermalwasser-Explorationsbohrungen zeigen Gipskeuper in 1350 m Tiefe weist ca. 20 m mächtige Anhydritabfolge auf! (quellfähig kann auch Tonmergel sein) Prävention (Abdichtung/Versiegelung) durch Verrohrung bzw. Bohrspülung Möglichkeit induzierter Seismizität wird z.zt. untersucht

24 Bohrstopp beim Anbohren von Gips, Gipskeuper und Anhydrit; etwa 15 % der Landesfläche Baden-Württembergs betroffen Besondere Sorgfalt in den Regionen Stuttgart, Tübingen, Heilbronn, (Böblingen), Teilen des Enz- bzw. Rems-Murr- Kreises Erfahrungen aus dem oberflächennahen Geothermieprojekt in Staufen im Breisgau: Dort eine rd. 75 m mächtige Gipskeuper-Schicht, Schäden an rd. 120 Gebäuden; Bohrtiefe bei ca. 140 m Hebungen von einem cm pro Monat seit bereits über 2 Jahren, an einigen Stellen bis zu 15 cm, vmtl. noch über Jahrzehnte hinweg anhaltend An der Bodensee-Autobahn A 81 Stuttgart Singen buckelt sich die Autobahn um rd. 2 m