Hot – Dry – Rock Verfahren Theorie & Praxis

1. Geothermie Vortrag von: Alexandros Kavakos, Sherzod Turdaliev Hot – Dry – Rock VerfahrenTheorie & Praxis

2. Geothermie Hot-Dry Rock Verfahren Einleitung Grundlagen HDR Anwendung Fazit Quellenverzeichnis Fragen

3. Geothermie Hot-Dry Rock Verfahren Einleitung Übersicht Erdwärmenutzung Quelle: www.georhermie.de

4. Geothermie Hot-Dry Rock Verfahren Einleitung Tiefe Geothermie Hochenthalpie Lagerstätten - Wärmeanomalien, die mit vulkanischer Tätigkeit einhergehen. - Mehrere hundert Grad heiße Fluide (Wasser / Dampf) in geringer Tiefe anzutreffen. Niederenthalpie Lagerstätten Hydrothermale Systeme, Wasser wird gefördert, abgekühlt und reinjiziert, im Untergrund vorhandene Thermalwässer zirkulieren zwischen zwei Brunnen über vorhandene natürliche Grundwasserleiter (Aquifere). Petrothermale Systeme, oft auch HDR-Systeme (Hot-Dry-Rock) genannt: mit hydraulischen Stimulationsmaßnahmen werden im trockenen Untergrund Risse und Klüfte erzeugt, durch künstlich eingebrachtes Wasser oder CO2 Tiefe Erdwärmesonden: das Wärmeträgermedium zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf innerhalb einer Bohrung in einem U-Rohr oder einer Koaxialsonde (dadurch wird wenig Energie extrahiert)..

5. Geothermie Hot dry rock verfahren Der Übergang zur petrothermalen Systemen • Erdwärme ließ sich nur gut an Orten nutzen, die über entsprechend große Heißwasser- bzw Wasserdampfvorkommen verfügten. • Bohrungen sind teuer und unterirdische Wasservorkommen können auch versiegen. • Ortsabhängigkeit • Neue Technologie: • Hot Dry Rock Technik • -Zukünftig weiträumige Nutzung der Erdwärme (auch in Gebieten ohne natürliches Tiefenwasser) entweder zu Heizzwecken oder zur Stromerzeugung. Grundlagen HDR Quelle: www.thema-energie.net

6. Geothermie Hot dry rock verfahren Hot Dry Rock Systemen -Nutzt die im kristallinen Gestein enthaltene Wärme in einer Tiefe zwischen 3.000 und 6.000 Metern. -Verschiedene Bezeichnungen Hot-Wet-Rock (HWR), Hot-Fractured-Rock (HFR) oder Enhanced Geothermal System (EGS). Vorteilhaft denn: -Energiequelle immer verfügbar -Witterungsunabhängig -Emissionsfrei -Unerschöpflich Aber:hohe Investitionskosten und Korrosionsproblematik des mineralreichen Tiefenwassers. Grundlagen HDR Quelle: www.thema-energie.de

7. Geothermie Hot dry rock verfahren Funktionsprinzip: HDR Verfahren -Bohrlöcher in 4000 bis 5000 m in ca. 500m Entfernung -Wasser mit hohem Druck in das Gestein gepresst (hydraulische Stimulation) -Fließwege werden aufgebrochen oder vorhandene erweitert (Erhöhung der Durchlässigkeit). -großflächiges Netzsystem -Wärme wird aufgenommen und Wasser kommt zur Erdoberfläche (Förderbohrung) -In einem Wärmetauscher wird die Energie des heißen Wassers auf eine Kühlflüssigkeit übertragen und direkt zur Wärmeerzeugung genutzt -Heißer Wasserdampf kann parallel auch Turbinen antreiben -Kondensiertes/ abgekühltes Wasser wird wieder in den Untergrund zurückgepumpt Grundlagen HDR Quelle: www.wikipedia.org

8. Geothermie Hot dry rock verfahren Funktionsprinzip: HDR Verfahren Grundlagen HDR Quelle: www.geothermie.de

9. Geothermie Hot dry rock verfahren Geologische Voraussetzungen für den großtechnischen Einsatz • Großtechnischer Einsatz möglich, wenn bestimmte Charakteristika im tiefen Untergrund erfüllt: • Genügend große Fläche für Erzeugung von nutzbaren Wärmetauscherflächen durch Stimulation • Wirtschaftlich interessantes Temperaturniveau am Standort • Ausreichende Verbreitung (vertikal u. horizontal) der Gesteinsschicht um langfristige Nutzung zu gewährleisten • Grundsätzliche Eignung des Tiefenbereichs für den technologischen Prozess (Löslichkeit von Salzen, Schwermetallen u. Eisen-Manganverbindungen) Grundlagen HDR

10. Hot Dry Rock Verfahren Europäisches Projekt „HDR Soultz-sous-Forêts“ in Frankreich (1987-2011) Anwendung Quelle: www.soultz.net Geothermie

11. Hot Dry Rock Verfahren Geophysische Daten Anwendung • an der Grenze von Rhein Graben • Ort mit vielen abgenutzten Ölbohrungen • Temperaturanomalie in der Erdtiefe • Granitgesteine in Tiefe 5000 m Quelle: www.soultz.net Geothermie

12. Hot dry rock verfahren Das Konzept Anwendung Petrothermales Stromwerk Prinzip: Hot-Dry Rock Verfahren 1 Injektions- + 2 Förderbohrungen Geplante inst. Leistung: 6 MWel Thermische Leistung: 10 MW Quelle: www.soultz.net Geothermie

13. 1987 - 1997 – Projektanfang: Einschätzung der Realisierungsmöglichkeit, Potenzialuntersuchung, erste Bohrungen, Stimulation, Experimentelle Wasserzirkulation • 1998 - 2001 - Vertiefung der Förderbohrung, Stimulation • 2001 - 2004 - Phase 1: Bohrung der Injektions- und Förderquellen, ihre Stimulation und Reservoirsbildung • 2005 - 2008 - Phase 2: Aufbau der Stromwerks, wissenschaftlicher Testbetrieb • 2008 - 2010 - Aktueller Betrieb • Ab 2011 - perspektive Erweiterung des Werks je nach Ergebnisse von weiteren Untersuchungen und Werkbetriebs bis 25 MW (el) Hot dry rock verfahren Projektphasen Anwendung Geothermie

14. 1. Untersuchungsbohrung • Injektionsbohrung - GPK 1 • Förderbohrung - GPK 2 • Bohrungstiefe - 3600 m • Bohrungsabstand - 450 m • Gesteintemperatur - 165 ºC 2. Stimulation und Reservoirsbildung Ergebnisse dieser Phase • Wasserzufuhr und Entnahme - 25 l/s • Wassertemperatur - 142 ºC • Energieausbeute - 10 MW (therm) Vorteil: Kein Wasserverlust Nachteil: höhe Salzgehalt im Wasser (100 g/l) Hot dry rock verfahren Periode 1987 – 1997 Anwendung Quelle: www.soultz.net Geothermie

15. Vertiefung der Förderbohrung GPK2 (künftige Injektionsbohrung) • Tiefe - 5000 m • Gesteintemperatur - 200 ºC • Reservoirvolumen - 23400 m3 • Wasserentnahme - 40 l/s • Druck - 14.5 MPa Vorteil: höhere Volumenstrom und Temperatur Nachteil: Höhere Druck für die Stimulation erforderlich Hot dry rock verfahren Periode 1998 – 2001 Anwendung Quelle: www.soultz.net Geothermie

16. Weitere Bohrungsarbeiten: Bohrung der GPK 3 (Injektion) und GPK 4 (Förderung) • Tiefe - 5000 m • Abstand - 600 m Stimulation von beiden Bohrungen, Reservoirsbildung Hot dry rock verfahren Phase 1 (2001 – 2004) Anwendung Quelle: www.soultz.net Geothermie

17. Hot dry rock verfahren Phase 2 (2005 – 2008) • Inbetriebnahme des wissenschaftlichen Pilotanlage-Stromwerks mit 1.5 MW(el.) Leistung • Thermale Leistung 10 MW • Testbetrieb Anwendung Quelle: www.soultz.net Geothermie

18. Heutzutage: • Elektrische Leistung 1.5 MW • Thermische Leistung 11 MW • Wassertemperatur 200 ºC • Wasserentnahme 40 l/s Hot dry rock verfahren Aktuell Quelle: www.bine.info Anwendung Perspektive Erweiterung: • Elektrische Leistung 6 MW • Thermische Leistung 25 MW Geothermie

19. Die große Geothermieprojekte sind realisierbar • Wirtschaftlichkeit ab bestimmten Leistungen gewährleistet • Umweltfreundlich • Fast keine Wasserverluste • Langzeitige und sichere Energieversorgung • Stimulierung der weiteren Forschungsarbeiten • Bei weiteren Entwicklung der Bohrungstechnik die tiefere Bohrungen, bzw. Entnahmetemperaturen und Leistungen möglich Hot dry rock verfahren Projektergebnisse Fazit Geothermie

20. Wirtschaftliche und technische Anforderungen: • Erdwärmewerke von 25 bis100 MWh/a Stromproduktion sind wirtschaftlich sinnvoll • Bohrtiefe ab 5000 m • Wassertemperatur ab 200 ºC • Ausreichende Größe des Klüftsystems zwischen Bohrungen • Wasserförderung von 50 bis 100 l/s • Wärmetauschfläche von 3 bis 10 km² Geothermie Hot dry rock verfahren Problemen und Risiken: • Nicht genug erforschte Ergebnisse von tiefer Bohrung • Mögliche geologische Änderungen im Erdstruktur • Risiko ein Erdbeben hervorzurufen • Teuere Bohrungsarbeiten (1 km = 1 Mln. €, 70 % der Kosten) • Höhe Kosten von Bohrungsanlagen, ihre schnelle Abnutzung Fazit Paradoxon: Um evtl. negative Auswirkungen von tiefen Bohrungen zu verstehen sind weitere Bohrungen und ihr Betrieb erforderlich!!!

21. Kaltschmitt M.,Wiese A.,Streicher W.: Erneuerbare Energien Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit und Umweltaspekte, London: Springer, 2006 • Crastan V.: Elektrische Energieversorgung 2, München: Springer, 2003 • Ruhr-University Bochum, Chair of Energy Systems and Economics, Auszug aus dem Bericht Utilisation of deep geothermal energy for heating purposes bei Kattenstein T.,2005 • Auszug aus dem Bericht The European Hot Dry Rock Project at Soultz bei Baumgärtner J. • Taugs R.: Tiefengeothermisches Potenzial in DE, Geologisches Landesamt Hamburg, Hamburg: TUHH, 2007 • Deutsche Energie-Agentur, www.thema-energie.de • The Free Encyclopedia Wikipedia, www.wikipedia.org • HDR Soultz Project, www.soultz.net • GtV Bundesverband Geothermie, www.geothermie.de Geothermie Quellenverzeichnis Quellenverzeichnis

22. Fragen Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Wir stehen Ihnen gerne für Fragen zur Verfügung! Fragen