Bergbaugeothermie Porr Umwelttechnik GmbH Geophysica Beratungsgesellschaft mbh

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1 NUTZUNG DES TIEFEN GEOTHERMISCHEN POTENTIALS EHEMALIGER UNTERTAGEBERGBAUE Bergbaugeothermie Porr Umwelttechnik GmbH Geophysica Beratungsgesellschaft mbh

2 Ausgangssituation/ Motivation das Vorhandensein eines sehr ausgedehnten, unterirdischen Stollensystems in aufgelassenen Bergwerken Fohnsdorf- jahrhundertelange Bergbautradition (30 km² Ausdehnung, Wodzicki-Schacht über 1km tief, damals der tiefste Braunkohlenbergbau der Welt) günstige geologische Bedingungen: erhöhter geothermischer Gradient (ca C km-1) und Einbruch von heißem Wasser ( 39,9 C) in 865 m Tiefe 2

3 Ausgangssituation/ Motivation 3

4 Ziele Ist eine Erdwärmenutzung aus dem stillgelegten Untertagebergau im Fohnsdorfer Kohlerevier technisch möglich, ökonomisch sinnvoll und umweltfreundlich? Ist die Wasserquelle heiß genug, um nutzbare Energie zu liefern? Können CO2-Emissionen und fossile Energieträger gespart werden? Ist die Erdwärmegewinnung auch wirtschaftlich rentabel? 4

5 Methodik Entwicklung eines konzeptuellen, standortspezifischen Modells (KSM) Numerische Simulationen bzw. Modellierung des Standortes zur Erdwärmegewinnung Kosten- Nutzen-Analyse 5

6 Entwicklung eines konzeptuellen, standortspezifischen Modells (KSM) Untersuchung der lokalen Randbedingungen (vor allem die hydrogeologischen und geothermischen Einflüsse) sorgfältige Analyse des Grubenbildes Klärung der genehmigungsrechtlichen Voraussetzungen sowie der regionalen Bedingungen (Nähe der Nutzer) 6

7 Konzeptuelles, standortspezifisches Modell (KSM)-Bergbau Fohnsdorf Lorenzi- Schacht Wodzicki- Schacht Gabelhofen Quartäre Sedimente Ingering Formation Kohlehorizont Fohnsdorf Formation Glimmerschiefer-Komplex 7

8 Konzeptuelles, standortspezifisches Modell (KSM)-Bergbau Fohnsdorf Fohnsdorf Reinjektionsbrunnen 950m 1200m 950m 1100m 750m Entnahmebrunnen Aqualux Therme & Bohrung Gabelhofen 8 Abbildung 1: Lageplan Bergbaugeothermie inkl. möglicher Verbraucher (Therme,

9 Modellierung des Standortes zur Erdwärmegewinnung-Ziele Erste Abschätzung des verfügbaren geothermischen Potentials anhand von numerischen Modellberechnungen mit Hilfe des Simulationswerkzeuges SHEMAT Simulationen des hydraulischen und thermischen Langzeitverhaltens des Reservoirs unter verschiedenen Betriebsweisen (mit oder ohne Wärmespeicherung) Entwicklung eines an das Reservoir angepassten Energieversorgungskonzepts 9

10 Kalibrierung des 3D-Modells Links: wärmeleitendes (nur HEAT), Rechts: gekoppeltes (HEAT+FLOW) Modell 10

11 Abschätzung des geothermischen Potentials eine Erdwärmegewinnung aus dem aufgelassenen Bergwerk ist am Standort Fohnsdorf aus geohydraulischer Sicht möglich keine Regeneration des Reservoirs wird benötigt 11

12 Sensitivitätsanalyse (Einfluss des Bergwerks) 12

13 Sensitivitätsanalyse (seichtere Niederbringung) eine Wiederaufladung mittels Solaranlage wird benötigt 13

14 Sensitivitätsanalyse (seichtere Niederbringung) eine Wiederaufladung mittels Solaranlage wird benötigt 14

15 Sensitivitätsanalyse (seichtere Niederbringung) eine Wiederaufladung mittels Solaranlage wird benötigt 15

16 Kosten-Nutzen-Analyse - Ziele Untersuchung der wirtschaftlichen und ökologischen Aspekte der Wärmegewinnung aus der geothermischen Grubenwasseranlage Gegenüberstellung der vorgesehenen Energieversorgung der konventionellen Energieversorgung Ermittlung des wirtschaftlichsten und umweltfreundlichsten Energiekonzeptes Folgende Punkte wurden in die Bewertung mit einbezogen: Investitions- und Betriebskosten -> Jahresgesamtkosten Primärenergieeinsatz Treibhausgasemissionen (CO2 bzw. CO2-Äquiv.) 16

17 Technologien zur Wärmebereitstellung herkömmliche Gastherme elektrische Wasser-Wasser-Wärmepumpen für Grubenwasser (bzw. Heizsystem Bergwerkgeothermie) durchschnittliche Fernwärme in Österreich Fernwärme aus industrieller Abwärme 17

18 Heizsystem Bergbaugeothermie Variante 1: Entnahmebrunnen 750 m, Reinjektionsbr. 370 m Variante 2: Entnahmebrunnen 370 m, Reinjektionsbrunnen 370 m, + Solaranlage zur Regener. des Speichers 18

19 Investitionskostenabschätzung für die tiefere und seichtere Bergbaugeothermieanlage Investitionskosten -abschätzung Variante 1 Investitionskosten -abschätzung Variante 2 Differenz 1-2= Investitionskosten Förderung Investitionskosten abzügl. Förderung

20 Zusammenfassung Wärmeentzug mithilfe Bergbaugeothermie Variante 1: Entnahme 750m Max. Entnahmemenge Nutzbares dt Max. Wärmeertrag Best Case 15 l/s 20 K MWh/a wahrscheinlichter Fall 10 l/s 15 K MWh/a Worst Case 5 l/s 10 K MWh/a Variante 2: Entnahme 370m Max. Entnahmemenge Nutzbares dt Max. Wärmeertrag Best Case wahrscheinlichter Fall 10 l/s 7 K MWh/a Worst Case

21 Erzeugungskosten einer kwh Wärme Kosten einer kwh Wärme [Cent/kWh] tiefere Entnahme 750 m "Best Case" tiefere Entnahme 750 m "Wahrs.Fall" tiefere Entnahme 370 m + Solar tiefere Entnahme 750 m "Worst Case" 2,39 3,10 4,68 5,97 Fernwärme Wien 7,50 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 österreichische Durchschnittsfernwärme kosten : 8,59 Cent/kWh (Quelle: Energieagentur Austria Q ) 21

22 Betriebskosteneinsparungs- potential beim Umstieg auf Bergbaugeothermie-Wärme 3 Varianten der möglichen Entwicklung der Betriebskosten: Variante 1: Ohne Energiepreisindices (EPI), sondern Verbraucherpreisindex (VPI) =3,0% Variante 2: Strompreis-Index (SPI) = 2,5%, Fernwärmeindex (FWI) = 4,1% (Durchschnitt der letzten 10 Jahre) Variante 3: Strompreis-Index (SPI) = 4,1%, Fernwärmeindex (FWI) = 2,5%, Annahme einer inversen Entwicklung im Vergleich zu den letzten 10 Jahren zwischen Strompreis und Fernwärmepreis 22

23 Einsparungspotential je Ausführungsvariante und Energiepreisentwicklung Mögliche Betriebskostenersparnis nach 10 Jahren Betriebskostenersparnis 370 m + Solar Betriebskostenersparnis "Wahrscheinlichster Fall" Entnahme 750 m Betriebskostenersparnis "Best Case" Entnahme 750 m Betriebskostenersparnis "Worst Case" Entnahme 750 m Ohne EP-Index, VPI=3,0% StromP-Index=2,5%, FW=4,1%StromP-Index=4,1%, FW=2,5% 23

24 Amortisationsdauer je Ausführungsvariante und Energiepreisentwicklung Variante 1: Worst Case Wahrsch. Fall Best Case Energieertrag 100%, VPI 3,0% Energieertrag 50%, VPI 3,0% Variante 2: Worst Case Wahrsch. Fall Best Case Energieertrag 100%, SPI 2,5%, FWI 4,1% Energieertrag 50%, SPI 2,5%, FWI 4,1% - ca. 6,5 a ca. 3 a - ca. 14 a ca. 6 a ca. 12,75 a ca. 5 a ca. 2,75 a ca. 20 a ca. 8 a ca. 5 a Variante 3: Worst Case Wahrsch. Fall Best Case Energieertrag 100%, SPI 4,1%, FWI 2,5% Energieertrag 50%, SPI 4,1%, FWI 2,5% - ca. 6 a ca. 3 a - ca. 10 a ca. 5 a 24

25 Potentielle Einsparungen von CO2-Emissionen und Primärenergieträger (PE) Worst Case Wahrsch. Fall Best Case CO2- Emissionen Erdgas: 59% durch. FW: 57% Erdgas: 73% durch. FW: 72% Erdgas: 74,4% durch. FW: 73% CO2-Äquiv.- Emissionen Erdgas: 61% durch. FW: 58% Erdgas: 74% durch. FW: 72% Erdgas: 83,4% durch. FW: 82,5% PEgesamt Erdgas: 47% durch. FW: 54% FW ind. Abw.: 21% Erdgas: 64,5% durch. FW: 69% FW ind. Abw.:48% Erdgas: 66,4% durch. FW: 71% FW ind. Abw.: 51% PEn_ern Erdgas: 59% durch. FW: 21% Erdgas: 71% durch. FW: 48% Erdgas: 72,4% durch. FW: 50,5% 25

26 Das wirtschaftlichste und umweltfreundlichste Energieversorgungskonzept für Fohnsdorf 26

27 Ausblick und Resümee Die Erdwärmegewinnung im aufgelassenen Fohnsdorfer Kohlerevier ist nach derzeitigem Datenstand technisch möglich, wirtschaftlich rentabel und besonders umweltfreundlich. Nächste Umsetzungsschritte: zusätzliche hydrogeologische Untersuchungen (Pump- und Tracer- Versuche) Anpassung und Optimierung der Anlage im Hinblick auf den tatsächlichen Abnehmer Modellierung der Eignung des Standortes für eine geothermische Nutzung mittels Erdwärmesonden 27

28 Kosten-Nutzen-Analyse Methodik Ermittlung einer Primärenergiebilanz der Varianten bezüglich des Energieverbrauchs (kwh/a) für die Wärmegewinnung. Aus dem Energieverbrauch wurden über die spezifischen CO2- und CO2-Äquivalent-Emissionen (gco2/kwh) die Gesamtemissionen (tco2 bzw. tco2-äquiv./a) berechnet. Aus dem Energieverbrauch wurden über Primärenergiefaktor der eingesetzten Energieträger (erneuerbaren und nicht erneuerbaren) der Gesamtprimärenergiebedarf (TJ/a) berechnet. 28

29 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT! KONTAKT Dr. Bieg, DI Angerer, Mag. Martinelli