Rüdiger Schulz. Fündigkeitsrisiko. Definition. Quantifizierung. Beispiele aus Süddeutschland

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Leopold Weiß
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1 Rüdiger Schulz Fündigkeitsrisiko Definition Quantifizierung Beispiele aus Süddeutschland 23. Fachtagung der SVG, , 2012 Bern

2 Geothermische Energie Speichersysteme Nutzungsarten Petrothermale Systeme Gestein, Magma Hydrothermale Systeme (>150 C) Hochdruckwasserzonen Dampfsysteme Heißwassersysteme Hydrogeothermische Systeme (<150 C) Aquifere Thermalwasser Oberflächennahe Systeme max. 25 C, 400 m Hot-Dry-Rock - Technologie Stromerzeugung Stromerzeugung (>100 C) Direkte Nutzung Wärmepumpen

3 Geothermische Wärmenutzung & Stromerzeugung Aquifere Norddeutsches Becken Speicherkomplex Lias-Rät Mittlerer Buntsandstein Rotliegend-Sandsteine Unterkreide-Sandsteine Dogger-Sandsteine Keuper-Sandsteine Oberrheingraben Oberer Muschelkalk Mittlerer Buntsandstein Molassebecken Malm (Oberer Jura)

4 Mindestparameter Brauchbare geothermische Aquifere Direkte Nutzung Verstromung Temperatur 60 C 100 C Tiefe 1100 m 1500 m 2000 m 3000 m Fließrate 10 l/s 100 l/s Transmissibilität 5 D m 50 D m (Transmissivität) m 2 /s Mächtigkeit Permeabilität (Porosität) 20 m 100 m 0,25 D 0,5 D 20 %

Wirtschaftlichkeit Risikoanalyse Ökologische Bilanz Projektablaufplanung Datenlage

5 Machbarkeitsstudie (Feasibility Study) Geowissenschaftliche Grundlagen Energetische Nutzung Technisches Konzept / Erschließungsvarianten Investitionskosten Wirtschaftlichkeit Risikoanalyse Ökologische Bilanz Projektablaufplanung Datenlage Geologischer Aufbau Tiefenlage und Mächtigkeit Temperatur Mögliche Förderraten Hydrochemie Bergrechte

6 Machbarkeitsstudie (Feasibility Study) Geowissenschaftliche Grundlagen Energetische Nutzung Technisches Konzept / Erschließungsvarianten Investitionskosten Wirtschaftlichkeit Risikoanalyse Bohrrisiko alle technischen Risiken, die der Bohranlage und dem Bohrprozess zugeordnet werden können. Risiken des Bohrunternehmers mit entsprechenden Versicherungen.

7 Machbarkeitsstudie (Feasibility Study) Geowissenschaftliche Grundlagen Energetische Nutzung Technisches Konzept / Erschließungsvarianten Investitionskosten Wirtschaftlichkeit Risikoanalyse Bohrrisiko Geologisches Risiko Auftreten von unerwarteten Schichten, Gebirgsdrücken oder Fluiden, Induzierte Seismizität

8 Machbarkeitsstudie (Feasibility Study) Geowissenschaftliche Grundlagen Energetische Nutzung Technisches Konzept / Erschließungsvarianten Investitionskosten Wirtschaftlichkeit Risikoanalyse Bohrrisiko Geologisches Risiko Fündigkeitsrisiko Betriebsrisiko (Dauerhaftigkeit)

9 Fündigkeitsrisiko: Definition Das Fündigkeitsrisiko bei geothermischen Bohrungen ist das Risiko, ein geothermisches Reservoir mit einer (oder mehreren) Bohrung(en) in nicht ausreichender Quantität oder Qualität zu erschließen. Die Quantität wird definiert über Leistung P = ρ F c F Q (T i T o ) Unter Qualität versteht man i. W. die Zusammensetzung (Chemismus) i des Fluids. Es könnten Bestandteile im Fluid auftreten (Gase, Salinität, o. ä.), die bei einem Überschreiten von Grenzwerten eine geothermische Nutzung ausschließen oder erschweren.

10 Betriebsrisiko: Definition Das Betriebsrisiko (Dauerhaftigkeit) umfasst alle Veränderungen der Quantität (Förderrate, Temperatur) und Qualität (Zusammensetzung) des Fluids während der geothermischen Nutzung und deren Folgen: - Veränderungen an den technischen Anlagen, z.b. Korrosion oder Scaling - Veränderungen bei der Leistung mit Verringerung der Energiebereitstellung Energie E = ρ F c F Q (T i T o ) Δt

11 Fündigkeitsrisiko: Parameter Aquifertyp: porös, klüftig, karstig regional Tiefe / Struktur: Reflexionsseismik lokal Temperatur: Abgeleitet aus der Tiefe lokal Anforderungen der Verbraucher Ergiebigkeit: Abgeleitet aus Aquifertyp und Bohrungen regional Wirtschaftlichkeitsberechnung

12 Fündigkeitsrisiko: Erfolgswahrscheinlichkeit Zielhorizont: Warmwasser-Aquifer, Tiefe bekannt Temperatur T 1 T 2 p 1 p 2 Ergiebigkeit Q 1 Q 2 q 1 q 2 Erfolgswahrscheinlichkeit (POS) p 1.q 1 p 2.q 2 nicht fündig teilfündig fündig

13 Temperaturdaten Tiefbohrungen mit Temperaturdaten Untersuchungsgebiet

14 Temperaturdaten C T ( C) Temperatur- 61 Tiefen-Profil z (m) m Γ = 30 K km -1 8 lokal Γ = 25 K km -1 6 Untersuchungsgebiet km 2 Γ = 20 K km (in Oberbayern)

15 Temperaturdaten Tiefe m lokal Untersuchungsgebiet km 2 (in Oberbayern) Bohrungen mit Temperaturen Zielgebiet

16 Temperatur: POS POS [% %] POS = a i 2 i R 1 R 2 i N = T [ C] Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Temperatur in m

17 Ergiebigkeit Q ~ T r s Förderrate (m³/h, l/s) T r Transmissivität (m²/s) s Absenkung (m) PI = Q/s ~ T r Produktivitätsindex (m²/s) s/s m = Q /Q m laminares Zuströmen s/s m = (Q + b Q²) / (Q m + b Q m ²) laminar turbulentes Zuströmen

18 Hydraulische Teste im Malm Status: March 2010 Thermalbohrungen Geothermiebohrungen rot: Bohrungen im zentralen Molassebecken regional km²

19 Gebirgsdurchlässigkeiten

20 Hydraulische Teste im Malm rot: (Thermal -) Bohrungen Geothermie - Bohrungen Bohrungen im zentralen Molassebecken s [m] s (m) nicht fündig laminar 300 m lam.- turbulent 90 l/s fündig Stand: Jan 2009 Q Q (l/s) [l/s] Erforderliche Absenkung zum Erreichen der Förderrate von 90 l/s Theoretische Kurven für 300 m Absenkung

21 Gewichtung der Tests POS = w i a i w i 4 für Geothermie - Bohrungen im Zentralbecken w i = 2 für Geothermie - Bohrungen außerhalb 2 für sonstige Bohrungen im Zentralbecken 1 für sonstige Bohrungen außerhalb a i = 1 0 erfolgreich nicht erfolgreich

22 Förderrate: POS POS [%] POS = u Q [l/s] i w u i i a w i N = 41 Wahrscheinlichkeitsverteilung für Förderraten (bei max. Absenkung von 300 m) i

23 Gutachten Anzahl 60 Oberrheingraben Molassebecken Total EEG Jahr Gesamt Status: Jan 2012

24 Risikoklassen Region Aquifer Typ Datenbasis Risiken Molasse Malm karstig I T Q Bohrdichte Oberrheingraben Norddeutsches Becken Tertiär porös II Jura - Muschelkalk klüftig - karstig o o o II Buntsandstein klüftig - porös o - o II Rotliegend klüftig - porös o - - III Kristallin klüftig o - - III Rhät - Unterkreide porös I Buntsandstein klüftig - porös + o + II Rotliegend klüftig - porös II Rotliegend klüftig + -- o III Deutschland Kristallin klüftig (HDR) o -- - III

25 Fazit > Entscheidender Parameter für das Fündigkeitsrisiko: Leistung P ~ Q ΔT Förderrate Q bei Absenkung s Temperatur T in Tiefe z > Erfolgswahrscheinlichkeit : (POS): p q p für T : lokal q für Q regional > > Schlechte Datenlage zur Berechnung von q Bewertung der POS

26 Ausblick Evaluierung: o Sind die POS systematisch zu niedrig gewesen? o Ist die Annahme der Temperatur am Top des Aquifers zu konservativ? o Wie viele Vergleichsfälle sind für eine Quantifizierung notwendig? Temperaturfeld: o 3D-Modellierung mit Kriging-Verfahren o POS mithilfe der Kriging-Varianz Bewertung von geowissenschaftlichen Informationen: o Einfluss von Störungen o Erfolg von Stimulationen o Zuordnung von Fazies Projekt GeoFünd Möglichkeiten der Quantifizierung der Explorationsergebnisse: o Bewertung der Seismik o ggf. weitere (geophysikalische) Methoden Übertragung der Ergebnisse auf andere Gebiete (z. B. Norddeutschland) und Gewinnungsarten (z. B. petrothermal)

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