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Der Niedersächsische Forschungsverbund Geothermie und Hochleistungsbohrtechnik (gebo) Kurt M. Reinicke, Georg-Peter Ostermeyer, Ludger Overmeyer, Catalin Teodoriu, Rüdiger Thomas Forschungsverbund Geothermie und Hochleistungsbohrtechnik Geothermietag 29.10.2009, Hannover Quelle: LIAG

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Der Niedersächsische Forschungsverbund

Geothermie und Hochleistungsbohrtechnik (gebo)

Kurt M. Reinicke, Georg-Peter Ostermeyer, Ludger Overmeyer, Catalin Teodoriu, Rüdiger Thomas

Forschungsverbund Geothermie und Hochleistungsbohrtechnik

Geothermietag 29.10.2009, Hannover

Quelle: LIAG

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Die Bohrkosten dominieren die Kosten

Geothermischer Energiegewinnung

2

Kraftwerk�40 MW thermisch

�3,4 MW elektrisch

�Kalina Prozess

2 Bohrungen�3.350 m / 3590 m

�bis 150 l/s Produktion

und Injektion

Kostenverteilung GeothermieprojektUnterhaching

Prinzipskizze

Sekundär-Kreislauf

Primär-Kreislauf

gebo Forschungsverbund – Prof. Dr. K.M. Reinicke

© ITE TU Clausthal

Der Anteil der Bohrkosten an den Gesamt-kosten steigt mit zunehmender Teufe

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Alle Geothermiesysteme brauchen

Bohrungen

Es gibt im Wesentlichen drei

Möglichkeiten der Nutzung

geothermischer Energie

•Hydrothermale Systeme mit einer

Nutzung der geothermischen

Energie aus Schichten hoher

Porosität und hydraulischer

Leitfähigkeit

•Petrothermale Systeme mit einer

Nutzung der Energie, die im

Gestein des Untergrundes

gespeichert ist

(Hot-Dry-Rock (HDR), Hot-Wet-

Rock (HWR), Hot-Fractured-Rock (HFR),

Enhanced Geothermal System (EGS))

•Tiefe Erdwärmesonden

3gebo Forschungsverbund – Prof. Dr. K.M. Reinicke

Quelle: Institut für Erdöl- und Erdgastechnik, TU Clausthal

Erdwärme-Sonde

Hydrothermale Systeme

Petrothermale Systeme

Wärmeträgermedium zirkuliert innerhalb einer

Bohrung

vorhandene Thermalwässer zirkulieren zwischen Bohrungen über natürliche

Grundwasserleiter

Eingebrachter Wärmeträger zirkuliert über natürliche/erzeugte Risse/Klüfte im

„trockenen“ Untergrund

0km

3km

6km

10°C

100°C

200°C

© ITE TU Clausthal

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Das Geothermiepotential ist groß

… und ist in Norddeutschland konzentriert

4

Sonstige

Ober-

Rheingraben

Norddeutsches

Becken

Molasse

Hydrothermale Erdwärmepotentiale

in EJ 2)

Theoretisches

hydrothermales Potential

(gesamt: 1.574 EJ)

Das theoretische Angebotspotential

für hydrothermale und petrothermale

Systeme beträgt 1) 2):

•Nutzwärme etwa 2700 Exajoule

(etwa das 500-fache der

jährlichen Nachfrage nach

Niedrigtemperatur-wärme:

2000: 5,3 Exajoule)

•Stromerzeugung etwa 118 Exajoule

(etwa das 60-fache des

jährlichen Netto-Stromverbrauches

2004: 528 TWh = 1,9 EJ)

61

1.019

279

215

0 200 400 600 800 1000 1200

1) Paschen et al. 2003: Möglichkeiten geothermischer

Stromerzeugung in Deutschland2) BMU, Institut für Energetik und Umwelt gGmbH, 2007:

Tiefe Geothermie in Deutschland.

gebo Forschungsverbund – Prof. Dr. K.M. Reinicke

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Ausgangssituation

Presserklärung des Bundesumweltministeriums 13. Mai 2009:

„Bis zum Jahr 2020 sollen etwa 280 Megawatt Leistung zur geothermischen

Stromerzeugung installiert sein, ... . Bei einer Leistung von etwa 5 Megawatt

pro Kraftwerk entspricht dies mehr als 50 Kraftwerken. … Nach 2020 wird mit

einer installierten elektrischen Leistung von 850 Megawatt bis 2030

gerechnet.“

Derzeitige Stromerzeugung aus Geothermie

Im Juni 2009 waren in Deutschland nur drei Heizkraftwerke zur kombinierten

Strom- und Wärmeerzeugung in Betrieb: Neustadt-Glewe (0,23 MW), Landau

(3 MW) und Unterhaching (3,4 MW Planwert).

Die weitere Entwicklung wird erschwert durch:

technische Probleme

(unzureichende Information über den geologischen Untergrund, hohe

Herstellungskosten für Bohrungen und geologische Wärmetauscher)

finanzielle Probleme

(Zugang zu Kapital als Folge der Finanzkrise; geschätzter Bedarf bis 2020: > 2 Mrd. Euro)

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Niedersachsens Bedingungen...

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Im süddeutschen Molassebecken

werden im Malmkarst hohe

Ergiebigkeiten erzielt

Im Oberrheintalgraben werden in

relativ flachen Teufen relativ hohe

Temperaturen angetroffen

Im norddeutschen Becken sind die

Bedingungen für eine wirtschaftliche

Erschließung des großen Potentials

herausfordernder

•unterdurchschn. ergiebige

Formationen

•durchschn. Temperaturgradienten

•hohe SalzbeladungQuelle: Institut für Energetik und Umwelt gGmH, www.ie-leipzig.de

Becken mit hydrothermalen Energieressourcen

gebo Forschungsverbund – Prof. Dr. K.M. Reinicke

OberrheinGraben

Gebiete mit potentiellenhydrothermalen

Vorkommen

NorddeutschesBecken

Molasse-becken

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… sind technologisch herausfordernd

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• Die dominierenden Kosten für die

Herstellung der Bohrungen senken

• Den sicheren Einsatz moderner Bohr-

technik auf Temperaturen >150°C

erweitern

• Den Aufschluss von Hartgestein

durch neue Materialien und

Werkzeuge verbessern

• Hohe Bohrungsergiebigkeiten durch

nachhaltige geologische Wärme-

tauscher sicherstellen

• Technische Risiken aufgrund von

hohen Temperaturen/Förderraten,

wechselnden Beanspruchungen,

Salzbeladung, etc. beherrschen

gebo Forschungsverbund – Prof. Dr. K.M. Reinicke

Quelle: BMU, Institut für Energetik und Umwelt gGmbH, 2007:

Tiefe Geothermie in Deutschland.

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Geothermische Energie

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Quelle: Anger‘s Söhne

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Das gebo - Ziel ist herausfordernd …

Ziel:

• Sichere Bohrungsherstellung

unter niedersachsentypischen

„Hot-Hard-Rock“ Bedingungen

und

• Ausbau zu

Geothermiebohrungen mit

nachhaltigen geologischen

Wärmetauschern

• zu deutlich geringeren Kosten

• zu deutlich reduziertem Risiko

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Quelle: SPE 2007

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… und lässt sich nur gemeinsam erreichen …

Strategie:

Erforschung hochinnovativer Technologie-

ansätze als Module eines

Gesamtkonzepts für neuartige

Verfahren zur Herstellung tiefer

Geothermiebohrungen in harten

Gesteinsschichten …

in interdisziplinärer Zusammenarbeit von

Ingenieuren und Wissenschaftlern

in Kooperation von Industrie und

Hochschule, Forschern und Anwendern

durch

− Fokus

− Wertschöpfung

− Ausrichtung am Ziel

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Quelle: SPE 2007

gebo Forschungsverbund – Prof. Dr. K.M. Reinicke

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… verlangt einem breiten Angang.

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gebo

Geothermie und

Hochleistungsbohrtechnik

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Entwicklungsaktivitäten von Baker Hughes

Koordination: LIAG TUC TU-BS LUH

Projekte: 9 8 8 7

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In 32 Projekten …

Beirat

BHI, Makohl

Industrie, Verbände,

Wissenschaft

Lenkungsausschuss

Sprecher, G-Stelle

Schwerpunktkoordinatoren

Industrie Partner

Werkstoffe

Ostermeyer, TUBS

Bohrtechnik

Teodoriu,

TUC

Leitung

Reinicke, TUC

Ostermeyer, TUBS

G1: Seism.

Erkundung

Stör.Zonen

G2: El & EM Erkundung Stör.Zonen

B1: Bohr-

Verfahren

B2: Bohr-

Simulator

W1: BeschichteteWerkstoffe

W3: Extrem

beanspruchte

Werkstoffe

T1: Hoch-

Temp. Elek-

tronik (HTE)

T2: Aufbau-/ Verbindungs-Technik HTE

G3: Gesteins-Eigensch.,Bohren&Stim

G4: Charakt. Geotherm. Reservoire

G5: HM Ver-halten geoth.Reservoire

G6: Hydraul.,

Wärme- &

Tracertests

G9: Hydro-geochem.Prozesse

B3: Bohr-

Automati-

sierung

B4: Geo-

Parameter

und -modell

B5: Bohr-

kleinaustrag

B6: Fluid –

Dynamik

B7: Bohr-

strang

Dynamik

B8: Bohr-

strang

Regelung

W4: Verschl.

Schutz-

schichten

W5: Barbeitungs-Technik

W6: Kon-

struktion

Faltrohre

B9: „Innov.

Geothermie-

aufschluss“

W8: System-Zuverlässig-keit

W7:Dynam.

Auslegung

T3: Technik

HTE (Substr.,

Entwärmung)

T4: Technik

HTE (Kontakte,

pass. Entwärm‘g)

T5:

HT-SensorenT6: HT-Sensorik für 250°C

T7: Intell.

Bohrwerk-

zeuge

G7: Model-lierung THM Prozesse

gebo

Geschäftsstelle

G8: Elektr.

Impedanz-

tomographie

Techniksystem

Overmeyer, LUH

Geosystem

Thomas, LIAG

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… arbeiten mehr als 40 Wissenschaftler und

Ingenieure, Forscher und Anwender …

13gebo Forschungsverbund – Prof. Dr. K.M. Reinicke

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… an einem neuen Konzept zur Herstellung

von Tiefbohrungen

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Andere Bohrlochkonstruktion:

•Monobore Bohrloch

Anderer Bohrprozesses:

•Bohren mit Endlosrohr

Einsatz künstlicher Intelligenz:

•Drilling Simulator

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Artificial intelligence

geo model and drilling simulator

Monobore well construction

with folded pipe

Fabrication and welding of

folded endless pipe

Innovative development

concepts of geothermal

reservoirs

High temperature

electronics/sensors

High-performance materials

and surfaces

Automated drilling with

endless pipe (Coiled Tubing)

Source: ITE TU Clausthal

Systems reliability

and availability

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... eingebettet in ein internationales

Kooperationsnetzwerk.

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gebo

gebo Forschungsverbund – Prof. Dr. K.M. Reinicke

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Clausthal

FRAGEN?

Niedersachsen

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Fragen?

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