Risiken bei der Erschließung von geothermischen Anlagen

Björn Schütte

Geothermie SS2011

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Risiken

Geologische Umweltrisiken Wirtschaftliche Risiken Risiken

Übersicht

Björn Schütte

Geologische Risiken

- Lagerstättentemperatur- Thermalwasserförderrate- Physikalische Eigenschaften des Gesteins- Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen- Verkarstungen- Erdbeben- Bohrlochstabilität

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Geologische Risiken

Lagerstättentemperatur

- Durch Bohrungen erkundet(meist durch Industriebohrungen)

- In 2000m Tiefe Norddeutsches Becken, Oberrheingraben und Molassebecken gut erkundet

>80°C Heizen>120°C Verstromung

Leibniz Institut für angewandte Geophysik, Hannover

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Geologische Risiken

Lagerstättentemperatur

- Risiko besteht in größeren Tiefen

- in 3000m Tiefe Oberrheingraben nur noch mäßig erkundet

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Geologische Risiken

Thermalwasserförderrate (Hydrothermale Geothermie)

- Schichten mit großer Durchlässigkeit- Schichten müssen Wasser führen (Aquifere)

OberrheingrabenOberer MuschelkalkMittlerer Buntsandstein

Norddeutsches BeckenUnterkreide SandsteineDogger Sandsteine

MolassebeckenMalm

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Geologische Risiken

Thermalwasserförderrate (Hydrothermale Geothermie)

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Geologische Risiken

Physikalische Eigenschaften des Gesteins

Wärmeleitfähigkeit gibt an wie schnell die entzogene Wärme nachgeführt werden kann

Bei geringerer Wärmeleitfähigkeit als erwartet, muss die Förderrate reduziert werden

Gestein Wärmeleitfähigkeit l [W/(m·K)]

Kalkstein 2-2,5

Sandstein 1,8-5

Dolomite 2,2-5,3

Quarzite 3,5-7

²][W/mΔz

ΔTλq

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Geologische Risiken

Physikalische Eigenschaften des Gesteins

Wärmestrom ist oft zu klein um die entzogene Wärme auszugleichen.

Es wird gespeicherte Wärme genutzt. Spezifische WärmekapazitätGeothermische Anlagen sind also nur für einen gewissen Zeitraum nutzbar. (meist mehrere Jahrzehnte)

Gestein Spezifische Wärmekapazität [J/(kg·K)]

Kalkstein 740

Sandstein 710

Dolomite 950

Quarzite 840

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Geologische Risiken

Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen

- Erdöl Umweltgefährdung

- Erdgas Explosionsgefahr

Golf von Mexiko

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Geologische Risiken

Verkarstungen

- Trinkwasserschutz problematisch- Probleme beim Hinterfüllen der Verrohrung- Zementationsverluste

Thermalwasser kann jedoch besserNachgeführt werden

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Geologische Risiken

Erdbeben

- Petrothermale Anlagen Aufbrechen des Gesteins (HDR) Erzeugung von künstlichen Rissen Schlagartige Vergrößerung Erschütterung unvermeidbar

Beispiel: Depp Heat Mining Basel (2006)- 3,4 Richterskala- ca. 2,5 Mio Euro Schaden

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Geologische Risiken

Erdbeben

- Hydrothermale Anlagen Reinjizierung des abgekühlten Wassers

Erhöhung des Porenfluiddruckes Herabsetzung der ScherfestigkeitBei hohen tektonischen Spannungen folgt der Bruch

Beispiel: Geothermiekraftwerk Landau (2009) - 2,5 Richterskala- Entstandener Schaden noch nicht abschließend geklärt

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Geologische Risiken

Bohrlochstabilität (Tiefbohrungen)

- Tritt bei Tonen auf (geringe Durchlässigkeit k<10-8m/s)- Dynamische Schwankungen des Porenfluiddruckes während des Bohrens Entfestigung - Spannungsänderung durch Abschalten der Pumpen- Spannungskonzentrationen am Bohrlochrand

- Porenfluiddruckabsenkung Bohrlochrandausbrüche

- Porenfluiddruckerhöhung Bohrlochverengung

- Beispiel: Offenbach Projekt gestoppt

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Geologische Risiken

Bohrlochstabilität (Tiefbohrungen)

- Bohrlochrandausbrüche Sprödes Gesteinz.B. TonschieferRissbildung

- Bohrlochverengung Duktiles Gesteinz.B. TonQuellen durch Zustandsänderung

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Umweltrisiken

- Trinkwassergefährdung- Freisetzung von gespanntem Grundwasser- Freisetzung von Gasen

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Umweltrisiken

Trinkwassergefährdung

Obere Grundwasserstöcke oftmals schon sehr stark verschmutzt

Durch Bohrungen können verschieden Grundwasserstöcke miteinander verbunden werden

Bohrungen in WSG in der Regel unzulässig. Es gibt jedoch Ausnahmen

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Umweltrisiken

Trinkwassergefährdung

Gefahr durch Wärmeträgermediumwie z.B. Glykol (WGK 1) oder Wasser-Ammoniak-Gemische (WGK 2)

Bohrungen in den Schutzzonen I und II generell unzulässigIn der Schutzzone III zulässig, bei Ausschluss einer Gefährdung

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Umweltrisiken

Freisetzung von gespanntem Grundwasser

- hydraulisches Potential liegt höher als die Grundwasseroberfläche- undurchlässige Schichten erforderlich

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Umweltrisiken

Freisetzung von gespanntem Grundwasser

Bohrtiefe 130m

Durchfluss: Bis zu 6m³/min

Hessisches Finanzministerium (2009)

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Umweltrisiken

Freisetzung von Gasen

Freisetzung von Schwefelwasserstoff Geruch nach „faulen Eiern“ Reizt die Augen und die Atemwege

Beispiel: Island, nah Reykjavik

Zulässige Werte der WHO mehrmals überschritten

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Wirtschaftliche Risiken

Versicherungskonzept

S der geologischen und der Umweltrisiken ist proportional zum wirtschaftlichen Risiko

Versicherer Marsh bietet Versicherung für das gesamte Projekt an.

- Bohrschäden- Fündigkeit- Errichtung

Jedoch nur von der Bohrung bis zum Betrieb

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Wirtschaftliche Risiken

Versicherungskonzept

Eine in der gesamten Lebensdauer gleichbleibende Thermalwasserförderrate und Lagerstättentemperatur ist zur Zeit nicht versicherbar

Es verbleibt ein Restrisiko

Zudem ist es wirtschaftlich evtl. sinnvoller nur einzelne Risiken zu versichern

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Fragen?

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Quellen

- http://www.geothermie.de/wissenswelt/geothermie/einstieg-in-die-geothermie/risiken.html

- http://de.wikipedia.org/wiki/Geothermie

- http://www.erdwaerme-zeitung.de/meldungen/zdf-sendung---chancen-und-risiken-der-geothermie-11245789541.php

- www.life-needs-power.de/2003/pdfs/030407_10.00.pdf

- Martin Witthaus , Christof Lempp: Versuche zu Porendruckschwankungen durch bohrtechnischeEinflüsse und zeitabhängige Veränderungen in tonsteinführenden Formationen, Martin-Luther Universität Halle-Wittenberg

-Th. Röckel, Chr. Lempp: Der Spannungszustand im Norddeutschen Becken,

- www.doobybrain.com/.../05/Horizon-Fire-2.jpg

-www.bine.info/typo3temp/pics/c375b95c8e.jpg

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Quellen

-http://www.klimaretter.info/wirtschaft/hintergrund/8876-island-erdwaerme-stinkt-zum-himmel

-http://www.ee-news.ch/de/erneuerbare/article/19813/geothermie-basel-erschuetterungen-mit-breitenwirkung

-http://de.wikipedia.org/wiki/Stromgestehungskosten

-http://www.geothermie.de/wissenswelt/geothermie/einstieg-in-die-geothermie/risiken.html

- http://www.stua-he.nrw.de/projekte/aktuell/imgs/schutzzonen.jpg