Vulkanismus und Nutzung der Geothermie in der Region Taupo (Neuseeland)

1. Vulkanismus und Nutzung der Geothermie in der Region Taupo (Neuseeland)

2. Inhalt: 1. Einführung zur Geologie Neuseelands 2. Geophysikalische Untersuchungen um das geothermische Kraftwerk bei Wairakei 3. Aufbau und Geschichte des Kraftwerks

3. Geologie Neuseelands • Entstehung: • Vor ca. 85 Mio. Jahren löste sich ein Stück Land vom südlichen Urkontinent Gondwana. • Die heutige Küstenlinie entstand vor ca. 30 Mio. Jahren, als sich die australische Platte über die • pazifische Platte schob. • Neuseeland ist ein vergleichsweise junges Land was sich durch eine nicht weit fortgeschrittene • Erosion bemerkbar macht. • Erdbeben: • Durch die Plattenbewegungen gibt es In Neuseeland drei größere Störzonen (Ohariu-Verwerfung, • die Wairarapa-Verwerfung und die Wellington-Verwerfung). • Ca. 14000 Beben werden jährlich registriert wovon jedoch nur 1% spürbar sind. • Bauvorschriften in der Hauptstadt Wellington orientieren sich daher auch an Erdbebensicherheit. • Vulkanismus: • Auf der Nordinsel befinden sich einige der aktivsten Vulkane der Erde (White Island, Mount • Ruapehu, Mount Tongariro und Mount Ngauruhoe) • Der Lake Taupo ist selbstÜberrest eines Vulkanausbruchsaus dem Jahre 186 n.Chr. Die • Entleerung der Magmakammer bewirkte eine Absenkung des Bodens woraufhin der See entstand. • Nebenerscheinungen des Vulkanismus sind heiße Quellen und Geysire. [Quelle: http://www.studium-neuseeland.com/geologie-neuseeland/ aufgerufen am 20. 7.2010]

4. Plattengrenzen [Quelle: http://www.astrobio.nau.edu/~koerner/ast180/lectures/pic/cdrom/art_high-res/ ch05/figure-05-05a.jpg aufgerufen am 13.7.2010]

5. Erdbeben in Neuseeland [Quelle: http://www.geonet.org.nz/images/earthquake/Shallow_Seismicity.png aufgerufen am 20.7.2010]

6. Geophysikalische Untersuchungen um das geothermische Kraftwerk bei Wairakei • Geophysikalische Untersuchungen um den Kraftwerksstandort dienen folgenden Zwecken: • Erforschung der unterirdischen Ausdehnung des geothermischen Systems • Überwachung der Veränderungen im System durch die Förderung des • Thermalwassers (Druck, Temperatur und mineralische Zusammensetzung des • Fluides) • Methodik: • Elektrische Widerstandsmessung • Magnetische Messungen • Gravitationsmessungen • Seismische Messungen

7. Satellitenaufnahme des Kraftwerkgebiets bei Wairakei Wairakei Kraftwerk Bohrfeld [Quelle: Google Earth aufgerufen am 20.7.2010] Poihipi Kraftwerk Craters of the Moon Waikato River

8. Elektrische Widerstandsmessung des Untergrunds • Erste Geoelektrische Messungen starteten in den frühen 60er Jahren. • Mit Elektroden wird ein definierter Strom in den Untergrund gespeist und an anderer Stelle die • über dem Untergrundwiderstand abfallende Spannung gemessen. • Salzhaltige Thermalwasserlagerstätten weisen einen niedrigen spezifischen Widerstand auf. • Für die ersten Messungen kam das sog. Wenner Verfahren zum Einsatz. • Abstand der Elektroden betrug 550m.

9. Elektrische Widerstandsmessung (Wenner) 1965 [Quelle: T.M. Hunt et al.: „Geophysical investigations of the Weirakei Field“, Geothermics 38, S. 80, 2009]

10. Elektrische Widerstandsmessung (Schlumberger) 1984 [Quelle: T.M. Hunt et al.: „Geophysical investigations of the Weirakei Field“, Geothermics 38, S. 81, 2009]

11. Messung der magnetischen Flussdichte • Magnetische Untersuchungen wurden schon Anfang der 50er mit Flugzeugen durchgeführt • Gemessen wird dabei der Unterschied des lokalen Magnetfeldes zum Erdmagnetfeld • Man geht davon aus, dass durch hohe Temperaturen und hydrothermaler Interaktion mit dem • Gestein eine Entmagnetisierung stattfindet. • Magnetische Anomalien werden in nT (Tesla) angegeben, die Magnetisierung eines Körpers in • A/m.

12. Messung der magnetischen Flussdichte [Quelle: T.M. Hunt et al.: „Geophysical investigations of the Weirakei Field“, Geothermics 38, S. 89, 2009]

13. Interpretation der Magnetfeldmessung [Quelle: T.M. Hunt et al.: „Geophysical investigations of the Weirakei Field“, Geothermics 38, S. 90, 2009]

14. Messung von Schwerebeschleunigungsanomalien • Schwereanomalien können um bis zu 0.02% der durchschnittlichen lokalen Fallbeschleunigung • schwanken • Ursache der Anomalien sind unterschiedliche Dichten im Untergrund oder der • Erdmantelmächtigkeit. • Die Messungen von Anomalien der Schwerebeschleunigung werden in mGal (Galileo Galilei) • angegeben. (1 Gal = 1 cm/s² = 0,01 m/s²) • Mit dieser Methode wurden ca. 1000 Messungen durchgeführt. Die Ergebnisse waren jedoch • nicht Erfolgversprechend. Einige Annahmen von Wissenschaftlern auf Basis dieser Messungen • wurden später durch Bohrungen wiederlegt. [Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Gravimetrie aufgerufen am 22.7.2010]

15. Messung von Schwerebeschleunigungsanomalien [Quelle: T.M. Hunt et al.: „Geophysical investigations of the Weirakei Field“, Geothermics 38, S. 91, 2009]

16. Das Geothermiekraftwerk bei Wairakei • Geschichtlicher Überblick: • Erkundungs-, Planungs- und Aufbauphase des Kraftwerks (192 MWel): 1948 – 1963 • Netzanschluss und Inbetriebnahme der Turbinen: 1958 • Fertigstellung des Poihipi Kraftwerks (55 MWel): 1997 • Einrichtung von Injektionsbohrungen: 1998 (30% des geförderten Fluides werden Reinjeziert) • Fertigstellung des ORC Kraftwerks (28 MWel): 2005 • Sonstige Daten: • Durchschnittliche Bohrlochtiefe: 600m • Ausdehnung der Förderbohrungen: 12km² • Anzahl der Bohrungen bis heute: über 200

17. Druckverteilung des geförderten Dampfes [Quelle: Paul F. Bixley et al: „Evolution of the Wairakei geothermal reservoir during 50 years of production“ Geothermics 38 , S 150, 2009]

18. Druckveränderung am Eingang der HD Turbine [Quelle: Ian A. Thain et al: „Fifty years of geothermal power generation at Wairakei“, Geothermics 38 S.57, 2009]

19. Temperaturverteilung in 600m Tiefe [Quelle: Paul F. Bixley et al: „Evolution of the Wairakei geothermal reservoir during 50 years of production“ Geothermics 38 , S. 152, 2009]

20. Kraftwerksplan von 1963 [Quelle: Ian A. Thain et al: „Fifty years of geothermal power generation at Wairakei“, Geothermics 38 S.55, 2009]

21. Trennung von Kondensat und Dampf [Quelle: Ian A. Thain et al: „Fifty years of geothermal power generation at Wairakei“, Geothermics 38 , S.52, 2009]

22. Das ORC Kraftwerk von 2005 [Quelle: Ian A. Thain et al: „Fifty years of geothermal power generation at Wairakei“, Geothermics 38 , S.61, 2009]

23. Schwierigkeiten im Betrieb des Kraftwerks • Mineralien und gelöstes H2S und CO2 verursachen Korrosion in den Rohrleitungen • Ablagerungen von Magnetit Kristallen in den Rohrleitungen • Druck- und Temperaturabfall des Thermaldampfes • Umweltveränderungen durch Absenkungen (Cratersofthe Moon) • Umweltverschmutzungen durch die Einleitung des gekühlten Thermalwassers in den Waikato • River (Arsen)

24. Outlook: • Für 2011 – 2016 wurde vorgeschlagen den bisherigen Turbinen bestand durch drei 80 WM • Blöcke zu ersetzten. • Die Gesamtkapazität soll bis 2028 auf 310 MW erhöht werden. • Der Betrieb soll bis 2045 andauern.

25. Photo: Geothermiekraftwerk Wairakei [Quelle: Ian A. Thain et al: „Fifty years of geothermal power generation at Wairakei“, Geothermics 38 , S.50, 2009]

26. Photo: Bohrfeld mit Kondensat-Dampf Separatoren

27. Photo: Dampfleitungen mit Ausdehnungsmöglichkeit

28. Photo: Craters of the Moon (1)

29. Photo: Craters of the Moon (2)

30. Quellen: • Ian A. Thain et al: „Fifty years of geothermal power generation at Wairakei“, Geothermics 38 , 2009 • Paul F. Bixley et al: „Evolution of the Wairakei geothermal reservoir during 50 years of production“, • Geothermics 38 , 2009 • T.M. Hunt et al.: „Geophysical investigations of the Weirakei Field“, Geothermics 38, S. 80, 2009