Tiefe Geothermie Geothermische Wärmeversorgung von Siedlungsräumen, am Beispiel der Region München Dr. Erwin Knapek, Bundesverband Geothermie Dr. Christian Hecht, Stadtwerke München Dr. Christian Pletl, Stadtwerke München
Wärmepotenzial der Tiefen Geothermie Heißwasseraquifere: Kristallin: Störungszonen: 25 EJ (ohne WP) 50 EJ (mit WP) 1600 EJ (ohne WP) 2800 EJ (mit WP) 60 EJ (ohne WP) 110 EJ (mit WP) Deutschland insgesamt: 1685 EJ (ohne WP) 2960 EJ (mit WP) Wärmebedarf (Heizen) 2013: 3,5 EJ/a oder 1920 TWh/a Ziel bis 2020: 2,7 EJ/a oder 1480 TWh/a Quelle: T. Jung et al.(2002); TAB Bericht an den Deutschen Bundestag 2003 BMWi 17.12.2014
Was ist eine gute geothermische Ressource für die Bereitstellung von Heizenergie? Das Potenzial bezieht sich nur auf die Ressource (z.b. bei alleiniger Stromerzeugung) also auf den geologischen Untergrund und die technische Machbarkeit unter wirtschaftlichen Bedingungen. Bei Heizenergie: Das Potenzial bezieht sich auf die Ressource und zusätzlich auf die Bedarfsstruktur für Wärme und die soziale Akzeptanz. Quelle: Inga Möck, TUM 2015
Potenzial der Tiefen Geothermie in Deutschland Temperaturkarte von Deutschland in 3.500m Tiefe Fernwärmenetze in Gebieten zur Nutzung hydrothermaler Geothermie Quelle: LIAG, Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik, Stand Dezember 2013 Quelle: Fernwärmenetze in Gebieten zur Nutzung hydrothermaler Geothermie (IFEU (Kartengrundlage aus Wuppertal Institut, DLR, IE (2007 2007) und Kayser, Kaltschmitt (1998 1998)) aus TRAFO, S. 81 Petrothermales Potenzial
Tiefengeothermie in Deutschland Nationale Geothermische Projekte (Juli 2015) Hydrothermale Tiefengeothermieprojekte in Deutschland (BVG) 30 Anlagen in Betrieb (Heizwerke und Heizkraftwerke) Heizwerke 26 Kraftwerke 8 Heizkraftwerke 4 installierte Wärmeleistung: 300,4 MW installierte elektrische Leistung: 39,31 MW ca. 47 Anlagen in Bau oder Planung ( davon 19 in Bayern, 7 in BaWü, 3 in Niedersachsen, 4 in NRW, 2 in Hessen, 3 in Mecklenburg-Vorpommern, 4 in Rheinlandpfalz, 2 in Sachsen und jeweils 1 in Brandenburg, Berlin und Hamburg)
Wärmeversorgung mit Tiefer Geothermie in Deutschland Anteil Geothermie: 7,3% der EE 2015: 0,7% Tiefe Geothermie 27Anlagen (geothermische Dubletten/Tripletten) 6,6% Oberflächennahe Geothermie 4 Tiefe Sonden Gesamt in Deutschland: 39 MWel/300 MWth/376 MWth
Die Region München 1 10 ED 13 6 5 11 2 3 4 8 12 14 7 9 1 Unterschleißheim (Wärme) 31 MWth 2 SWM München-Riem (Wärme) 10 MWth 3 Pullach (Wärme) 15 MWth 4 Unterhaching (Wärme/Strom) 38 MWth 5 Aschheim-Feldkirchen Feldkirchen-Kirchheim (Wärme) 19 MWth 6 Unterföhring (Wärme) 20 MWth 7 Dürrnhaar (Strom) (>40 MWth) 8 Kirchstockach (Strom) (>40 MWth) 9 SWM Sauerlach (Strom/Wärme) 5 MWth 10 Garching (Wärme) 6 MWth 11 Poing (Wärme) 7 MWth 12 Grünwald Wärme/Strom) 40 MWth 13 Ismaning (Wärme) 7 MWth 14 Taufkirchen (Wärme/Strom) 40 MWth ED Erding (Wärme) 10 MWth Römische Villa (Therme Erding) Gesamte Leistung: 239 MWth/319 MWth/31 MWel Therme Erding
PROJEKT TIEFE in m Fließrate in l/s Temperatur in C Speicherungs-Projekte Erding 1868 48/65 Unterschleißheim 1969, 2002 100/79 Garching 2050, 1990 100/75 Unterföhring 2123, 2511 50/88, 100/103 Ismaning 1906, 2195 85/78 Aschheim 2621, 2529 55/86 Poing 2900 100/76 Wärme-Projekte Riem 3020, 3747 65/94 Pullach 3371, 3443 80/100 Unterhaching 3400, 3700 150/123 Grünwald 3428, 3319 138/130 Kirchstockach 3881, 3794 126/134 Taufkirchen 3400 120 /137 Dürrnhaar 3579, 4114 100/141 Wärme/Strom-Projekte Sauerlach 3733, 4450 100/138 Quelle: Inga Moeck 2015
Aufsuchungs und Bewilligungsfelder südlich von München München Riem Wärmeversorgung München - Sendling München- Neuperlach Strom und Wärme Kombination mit Biomasse
Geothermie Unterhaching GmbH & Co. KG Redundanz Heizkraftwerk Reinjektion Leitung: Länge 5,3 km, Durchmesser DN 250, Druckstufe PN 25 Übertragbare Leistung: ca. 20 MW (350t/h, bei 110/60 C; bei größerer Spreizung auch mehr) Komplette Steuerung der Verbundleitung erfolgt aus EWG-Leitwarte Inhalt der Verbundleitung ca. 727 m³ Wasser - kann im Bedarfsfall auch als Pufferspeicher für Grünwald und Unterhaching benutzt werden. Verbindung zu Erdwärme Grünwald (EWG)
Daten des Projekts Unterhaching (2014) CO2-Eisparung: 32 000 t
Erdwärme Grünwald Produktionsbohrung 4.083 Meter Injektionsbohrung 4.453 Meter Abstand in der Tiefe ca. 2000 Meter Fündigkeit festgestellt 5. Juli 2010 Temperatur 128-130 Grad Celsius Schüttung 140 Liter pro Sekunde Investition Bohrung ca. 26,8 Mio. Euro Pumpentechnologie Centrilift Baker Hughes
Das Fernwärmenetz Grünwald Stand Ende 2014: Haupttrasse 14,6 km Nachverdichtung 2011-14: 14: 20,1 km Hausanschlüsse Grünwald, ca. 13,5 km Verbundleitung n. Unterhaching 5,4 km Gesamt Ende 2014 geplant 2015-2017 2017 25,4 km 53,6 km Kunststoff-Mantelrohr mit Leckage-Warnsystem im Endausbau werden rund Rechner im Versorgungsgebiet installiert. 13
Erdwärme Grünwald Dubletten-Bohrung in Laufzorn Produktionsbohrung 4.083 Meter Injektionsbohrung 4.453 Meter Abstand in der Tiefe ca. 2000 Meter Fündigkeit festgestellt 5. Juli 2010 Temperatur 128-130 Grad Celsius Schüttung 140 Liter pro Sekunde Investition Bohrung ca. 26,8 Mio. Euro Pumpentechnologie Centrilift Baker Hughes
Neue Tiefenpumpe seit Oktober 2013 maximale Leistung von 1,35 MWel. liefert maximal 1.800 PS und fördert bis zu 160 Liter Thermalwasser pro sec. Hersteller Centrilift/Baker Hughes; FU von ABB 15
Schaltzentrale Geothermie-Heizwerk Grünwald Wärmeleistung gesamt: ca. 40 MW FW-Leistung Grünwald heute: ca. 29 MW FW-Leistung Grünwald Vollausbau: ca. 50 MW FW-Leistung Bavaria Film heute: ca. 10 MW Zwei Redundanzkessel: 19 und 10 MW Das Geothermie-Heizwerk Laufzorn ist seit Ende 2012 im Einsatz. Investition für Heizwerke inkl. Bohrung und Tiefenpumpe ca. 41 Mio. Euro. 16
GEOVOL Geothermie Unterföhring 1 Die Geothermieanlage Unterföhring besteht aus der Dublette D I (mit Bohrungen Th1 und Th2) und der Dublette D II (mit Bohrungen Th3 und Th4) Dublette D I (Th1 und Th2) Verfahren Hydrothermale Tiefengeothermie im Bayerischen Molassebecken ; Generalunternehmer Th1 + Th2 TIEFBOHR ARGE Unterföhring (H. Anger s Söhne GmbH) Bohrung Thermal 1 (Reinjektionsbohrung): Bohrzeit 21. November 2008-6. Februar 2009; Bohrdauer 80 Tage; Bohrstrecke (MD) 3.042 m; Bohrtiefe (TVD) 2.512 m Thermalwassertemperatur 86 C ; Thermalwassermenge 85 Liter/Sekunde Bohrung Thermal 2 (Förderbohrung): Bohrzeit 13. März 2009 3. Mai 2009; Bohrdauer 52 Tage - Bohrstrecke (MD) 2.578 m; Bohrtiefe (TVD) 2.124 m Thermalwassertemperatur 87 C; Thermalwassermenge 85 Liter/Sekunde Tauchkreiselpumpe: Hersteller Canadian Advanced ESP; Leistung ca. 1000 PS Einbautiefe 600 Meter unter Geländekante Geothermieleistung rund 10 MWth Quelle: GEOVOL 2015
Dublette II Geothermie Unterföhring Quelle: GEOVOL 2015
GEOVOL Geothermie Unterföhring 2-Dubletten System und Gas BHKW M Ufg Quelle: GEOVOL 2015
GEOVOLGeothermie Unterföhring 2 Dublette D II (Th3 und Th4) Verfahren Hydrothermale Tiefengeothermie im Bayerischen Molassebecken ; Generalunternehmer Th3 + Th4 DALDRUP & Söhne AG Bohrung Thermal 3 (Reinjektionsbohrung) : Bohrzeit 19.05.2014 26.06.2014; Bohrdauer 39 Tage; Bohrstrecke (MD) 3.050 m; Bohrtiefe (TVD) 2.053 m Thermalwassertemperatur 84 C ; Thermalwassermenge 100 Liter/Sekunde Bohrung Thermal 4 (Förderbohrung): Bohrzeit 10.02.2014 02.04.2014; Bohrdauer 51 Tage - Bohrstrecke (MD) 3.897 m - Bohrtiefe (TVD) 2.341 m Thermalwassertemperatur 93 C ;Thermalwassermenge 90 Liter/Sekunde Tauchkreiselpumpe - Hersteller Canadian Advanced ESP; Leistung ca. 1000 PS Einbautiefe 600 Meter unter Geländekante Geothermieleistung rund 10 MWth Quelle: GEOVOL 2015
Kirchweidach: Gewächshaus und Fernwärme 12 ha Fläche; soll erweitert werden um 8 ha; derzeit 80 Arbeitsplätze; 10 Mio. kg Tomaten p.a. ohne Einsatz von Chemie und Grundwasser; Einsparung von 4,2 Mio. m³ Erdgas; gemeinsame Redundanz mit FW-Netz Quelle Rödl&Partner 2015
Stadtwerke München: Engagiert in Geothermie Geothermie-Anlage München-Riem Geothermie-Anlage Freiham Quelle: Bohn Architekten 3D-Seismikmessungen 2012 vor Energiezentrale Freiham Bohrungen für die Geothermie-Anlage Sauerlach 22 22 Geothermie bei den Stadtwerken München
Geothermie-Heizwerk München-Riem Bohrungsdublette 3.020 m / 2.746 m TVD Max. Förderstrom: 90 l/s Fördertemperatur: 94 C Max. Geothermieleistung: 14 MW 3 Spitzen - / Reservekessel Max Fernwärmeleistung: 34 MW Brennstoff: Erdgas Inbetriebnahme Heizwerk 2002 Bohrungen 2003 Inbetriebnahme Geothermie 2004
Geothermie Heizkraftwerk Sauerlach Bohrungstriplette: (1 Förder-, 2 Injektionsbohrungen) Tiefen von 4.757 m bis 5.567 m MD Thermalwasser: 110 l/s, 140 C 2-stufiger ORC-Prozess Arbeitsmittel: Penta-Fluor-Propan el. Leistung 5.100 kw Stromproduktion 40.000 MWh/a th. Leistung 4.000 kw Wärmelieferung 4.000 MWh/a CO 2 -Einsparung 36.000 to/a 24 Bohrungen 2007-2009 Kraftwerksbau ab 2011 1. Wärmelieferung 2012 1. Synchronisation 2013 Geothermie bei den Stadtwerken München
Geothermie-Heizwerk Freiham Energiezentrale: Planung und status Neuer Stadtteil Freiham: Gewerbe: 110 ha, 7.500 Arbeitsplätze Wohnen: 190 ha, 20.000 Einwohner 25 25 Energiezentrale in Betrieb seit 2012 Bohrungen für Geothermie Herbst 2015
In Zusammenarbeit mit: Ganzheitlich optimierte und nachhaltige Reservoirerschließung für tiefengeothermische Anlagen im bayerischen Molassebecken - Entwicklung eines 50 MWel Kraftwerks und Erschließung von 400 MWth für die Fernwärme in München GRAME FKZ: 0325787A 26
GRAME: Geophysikalische Messungen GRAME: Geophysikalische Messungen 27
GRAME: Eckpunkte Seismische Messungen Art der Messung Parameter 3 D Seismik 170 km² Fläche, 7587 Anregungspunkte, 35 Anregungslinien, Linienabstand 400 m im Nordwesten, 500 m im Südosten 2 D Seismik 4 Linien à ca. 6 km Länge (gesamt 24,5 km), Anregungspunktabstand 50 m 35 Anregungspunkte mit 4 Vibratoren, Punktabstand 500 m GRAME: Eckpunkte Seismische Messungen Scherwellenexperiment Geophonversenkmessungen Je eine Messung in den Bohrungen Riem Th1 und Freiham Th1, Messpunktabstand 25 m, 130 Tiefenlevel ab Reservoirtiefe, Anregung mit einem Vibrator von außen 28 Geothermie bei den Stadtwerken München
GRAME: Einbindung Geothermie in das SWM Fernwärmenetz 1. Anlagentechnik und Auslegung: Wärmeeinspeisepunkte Fernwärmenetz Vor- und/oder Rücklaufeinspeisung Temperaturabsenkung Vor- und Rücklauf Netzanpassungsmaßnahmen Regelung vorhandener Pumpstationen 2. Wirtschaftlichkeitsanalyse: Kostenermittlung Wertermittlung Sensitivitätsanalyse Variantenprüfung Optimierung 3. Weitere Nutzungskonzepte Aufbau eines Kältesystems Wärmeinbindung in Kraftwerksprozesse Speicherung von überschüssiger Wärme 29
Rheinland - Pfalz Planung der Erdwärmenutzung durch die Gemeinde Insheim (ca. 2000 Einwohner) Insheim Quelle: Pfalzwerke geofuture GmbH Quelle: LGB RLP
Baden - Württemberg Planungen in Oberschwaben Pfullendorf Bad Waldsee Quelle: LGRB Baden-Württemberg, Mai 2011
Niedersachsen In 2200 Metern Tiefe unter Bevensen befinden sich 80 bis 85 Grad heiße Quellen, nach denen gebohrt werden könnte. Archivfoto Planungen: Bad Bevensen (hydrothermal) Munster-Bispingen (EGS) Hannover (EGS); Genesys
Frage nach geologischen Horizonten, nutzbaren geothermischen Ressourcenin Berlin und Brandenburg Mesozoikum Vorlaufforschung der DDR Projekt Sandsteinfazies von GTN Berlin Paläozoikum Groß Schönebeck Feldversuch Seismik Berlin-Tempelhof Heißwasseraquifere
Nutzungshorizonte Mesozoikum Neustadt-Glewe Waren Quelle:Beide Abbildungen: GTN, 2014
Berlin: Die Frage nach der Erkundung in urbanen Gebieten Kann Vibrationsseismik in Stadtgebieten angewendet und schlüssig interpretiert werden? Ziel: Dichte und Geschwindigkeit (Schallhärte) von Formationen zur Einordnung in mechanische Stratigraphie Stadtseismik auf dem Tempelhofer Feld GASAG und GFZ Sektion Tiefensondierung: Manfred Stiller, Klaus Bauer, Marcin Pussak
Lage der Seismikprofile Tempelhofer Feld 2 Seismikprofile entlang der Startbahnen 1 mittlere Seismiklinie aus CDPs Tag und Nacht Seismik Volle (27t) und halbe Vibrator-Kraft Quelle: GASAG, GFZ
Ergebnis Tempelhof Reflexionsseismik mit Vibroseis ist in Großstädten (noise-intensive) intensive) prinzipiell möglich Spezielles Datenprozessing unter Einsatz moderner Methoden führt zu verbesserter Signalqualität mit klarer Strukturabbildung, sogar bei halber Anregungskraft tagsüber Dichte, Wellengeschwindigkeit, Materialkontrast und Mächtigkeit bestimmen die seismo-mechanische mechanische Stratigraphie Quelle: Inga Möck, TUM
Energieatlas Berlin Anwendung des Berliner Untergrundmodells Hydrothermales Wärmepotential des Mittleren Buntsandsteins in GJ (aus Kastner et al., 2012) Aus: energyatlas.energie.tu-berlin.de
Berliner Spreebogen (erdgebundene Wärmepumpen)
Tiefe Geothermie Nordrhein-Westfalen gregor.bussmann@geothermie-zentrum.de lars.knutzen@geothermie-zentrum.de 11. NRW Geothermiekonferenz 11.9.2015
Tiefe Geothermie NRW gregor.bussmann@geothermie-zentrum.de lars.knutzen@geothermie-zentrum.de 11. NRW Geothermiekonferenz 11.9.2015
Ausblick: Wärmeerzeugung im Jahr 2050 Quellen: Greenpeace (G); Klimaschutz: Plan B 2050 Energiekonzept für Deutschland, August 2009 - World Wild Fund For Nature (WWF); Vom Ziel her denken, Oktober 2009 - Sachverständigenrat für Umweltfragen (SRU); 100% erneuerbare Stromversorgung bis 2050: klimaverträglich, sicher, bezahlbar, Mai 2010 - ForschungsVerbund Erneuerbare Energien (FVEE); Energiekonzept 2050, Juli 2010 - Umweltbundesamt (UBA); Energieziel 2050: 100% Strom aus erneuerbaren Quellen, Juli 2010
Geothermie: Strom, Wärme und Kälte Grundlastenergie (grundlastfähig) Umweltfreundlich (nachhaltig, regenerativ, klimaschonend) Versorgungssicher (keine Brennstoffe) Unerschöpfliches Reservoir Keine Brennstoffkosten Keine schwankenden Brennstoffkosten Heimische Energiequelle (krisensicher) Wertschöpfung bleibt in der Region..und Wellness: Danke für die Aufmerksamkeit