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Hoch-Enthalpie-Lagerstätten

Vortrag in den Fächern Geothermie und Allgemeine Hydrogeologie im SS 2012Dozent: Prof. Dr. rer. nat. Manfred Koch

von Carsten Rocholl

Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie


Gliederung

Einordnung/ Was sind Hoch-Enthalpie-Lagerstätten?

Vorkommen

Vergleich zu Nieder-Enthalpie-Lagerstätten

Erschließung

Energetische Nutzung

Heutige Nutzung

Geothermische Nutzung in Kenia: Olkaria

Risiken der Nutzung/ Zusammenfassung/ Fazit

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Einordnung der tiefen Erdwärme-Systeme

- Hoch-Enthalpie-Lagerstätten

- Nieder-Enthalpie-Lagerstätten– Offene Systeme

• Hydrothermale Systeme • Petrothermale Systeme (Hot Dry Rock)

– Geschlossene Systeme • Tiefe Erdwärmesonden

– Weitere Systeme • Grubenwärme• Tunnelwärme usw.

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}}Wärmeerzeugung

Wärme- und Stromerzeugung



Was sind Hoch-Enthalpie-Lagerstätten?

- Wärmeanomalien im Zusammenhang mit vulkanischen Tätigkeiten

- Hohes Temperaturniveau (mehrere 100°C) der Fluide (Wasser/Dampf)

- abhängig von Druck- und Temperaturbedingungen der Lagerstätten:

dampf- oder wasserdominierend

- in Nähe der Erdoberfläche

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Glory Morning Hole, Yellowstone National Parkhttp://www.reisewut.com/westcoast07/westcoast07-13.html



Was sind Hoch-Enthalpie-Lagerstätten?

Zum Vergleich:

Wärmestrom im globalen Mittel: 0,063 W/m²

Wärmestrom in vulkanisch aktiven Gebieten:

bis zu 0,8 W/m²

- Modell der Lagerstätten „The Geysers“

in Kalifornien, USA

- 35 km² Größe

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Hoch-Enthalpie-Lagerstätte - Modellhttp://www.erdwaerme-zeitung.de/geothermiepressenews/geothermieprojekte/thegeyserskalifornien/index.html



Vorkommen

- in vulkanisch aktiven Regionen

- an den Randbereichen der Kontinentalplatten

- „Ring of Fire“ (pazifische Platte): Neuseeland, Indonesien, Philippinen, Japan,

Kamchatka, Alaska, Kalifornien, Mexiko, Zentral Amerika,

- Island (Mid-Atlantic Ridge),

Afrika (Großer Afrikanischer Grabenbruch),

- „Hot Spots“ Hawaii, Yellowstone,

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Grabenbruch Äthiopienhttp://ethiopiaembassy.eu/country-profiles/tourism/



Vorkommen

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Hoch-Enthalpie-Lagerstätten weltweitAus: Geothermische Stromerzeugung, BMU 2011




- außerhalb vulkanischer Aktivitäten

- geringe Temperaturen an der Oberfläche

- geringe Zunahme der Temperatur über die Tiefe

→ ca. 3°C je 100 Meter

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Erdsonden, Wärmepumpehttp://www.fug-verlag.de/fug/bilder/00011286B1288106567.jpg




Wärmeanomalien in Deutschland

→ Keine Hoch-Enthalpie-Lagerstätten!!!

- in ca. 2000 Metern Tiefe → Temperaturen über 100°C

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Wärmeanomalien in DeutschlandAus: Geothermische Stromerzeugung, BMU 2011



Vergleich zu Nieder-Enthalpie-L.

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Vergleich verschiedener QuellenAus: Geothermische Stromerzeugung, BMU 2011

Wärmeanomalien in DeutschlandAus: Geothermische Stromerzeugung, BMU 2011



Erschließung

- über Bohrungen

- aber: geringere Tiefe bei höherer Temperatur

→ somit sehr wirtschaftlich

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Bohrturm Groß Schönebeckhttp://www.eti-brandenburg.de/energiethemen/geothermie/




- Bereitstellung von Industriedampf

- Speisung von Nah- und Fernwärmenetzen

- insbesondere Stromerzeugung über Dampfturbinen – Dry-Steam Power Plants (Dampf dominiert)

– Flash Steam Power Plants (Wasser dominiert; durch extrem hohen Druck)

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Voraussetzung:

- ausreichende Temperatur

- ausreichende Qualität der geothermischen Fluide

Früher: Entlassen des Dampfes in die Atmosphäre (Larderello, Italien)

→ Schwefelgeruch

Heute: Rückführung der abgekühlten Fluide in die Lagerstätten

→ Vermeidung negativer Umwelteinwirkungen

→ Erhaltung hoher Produktivität durch höheres Druckniveau

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Dry-Steam Power Plants

- direkte Nutzung des Dampfes zur Stromerzeugung

- Dampf wird entnommen

- Turbine treibt Generator an

- abgekühltes Fluid wird reinjeziert

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Kraftwerksschemahttp://geosurvey.state.co.us/Pages/CGSHome.aspx



Flash Steam Power Plants

- Nutzung des heißen Wassers, hoher Druck im Untergrund

- Verdampfen des Wassers in

Behälter direkt vor der Turbine

- Turbine treibt Generator an

- abgekühltes Fluid wird reinjeziert

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Kraftwerksschemahttp://geosurvey.state.co.us/Pages/CGSHome.aspx



Heutige Nutzung der Lagerstätten

- Italien: Larderello– Nutzung bereits seit dem Mittelalter (Lederherstellung)– 1828 erste Bohrungen um mehr Dampf zu gewinnen– 1904 erstes Geothermisches Kraftwerk (reichte für 5 Glühlampen)

– Installierte Leistung heute: 550 MW el.

Dry-Steam Power Plant

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Erstes „Kraftwerk“ 1904http://www.udo-leuschner.de/basiswissen/SB112-02.htm



Heutige Nutzung der Lagerstätten - Beispiele

Island: • 31 aktive Vulkansysteme• 41,7 PJ (60%) der Primärenergie aus Erdwärme

USA: • Installierte Leistung ca. 3.200 MW, davon

ca. 2.600 MW in Kalifornien• Weitere 2.000 MW bereits in Entwicklung

Japan: • Installierte Leistung ca. 540 MW• Geothermisches Potential: ca. 23.500 MW• Geothermie soll Atomkraft ablösen

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Geysir - Islandhttp://www.geothermie-nachrichten.de/page/24



Heutige Nutzung der Lagerstätten

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Temperaturniveaus verschiedener, in Nutzung befindlicher geothermischer Reservoirehttp://vgks.ch/index.php?id=147



Nutzung in Olkaria, Kenia

- zurzeit 170 MW el.

- Produktions- und Reinjektionsfeld

auf einer Fläche von 70 m²

- 700 bis 3000 Meter Tiefe → 250 - 350°C

- 110 Bohrungen– 50 fördern heissen Dampf– 60 zur Reinjektion genutzt

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Genutztes Gebiet in Keniahttp://vgks.ch/index.php?id=147




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Anlagen auf dem Gelände des geothermischen Feldeshttp://vgks.ch/index.php?id=147




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Geothermisches Kraftwerk http://vgks.ch/index.php?id=147



Risiken der Nutzung

- Hebungen

- Setzungen

- Entstehung von Erdbeben durch Bohrungen

- dadurch bereits Schließung von Kraftwerken

- z.B. fünf stärkere Beben im Jahre 2006 in der Nähe von Basel, Schweiz– Geothermie sollte 4 AKW ablösen– Stärke 2,9 bis 3,4– 2 Millionen Euro Schaden

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Zusammenfassung

- Hoch-Enthalpie-Lagerstätten sind in vulkanisch aktiven Regionen zu finden

- Besonderheiten: hohe Temperatur bei geringer Tiefe

- direkte Nutzung des Dampfes oder der heissen Wassers

- heute viele Kraftwerke, welche Hoch-Enthalpie-Lagerstätten nutzen

- erste Nutzung: Larderello in Italien

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Fazit

- Hoch-Enthalpie-Lagerstätten besitzen ein hohes Potential zur geothermischen

Stromerzeugung

- meist sehr Wirtschaftlich aufgrund: → geringer Tiefe der Fluide

→ hohe Temperaturen der Fluide

- Ausbau der geothermischen Stromerzeugung in Gebieten mit Hoch-Enthalpie-

Lagerstätten sinnvoll

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Ende

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!!

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Quellen

- http://www.erdwaerme-zeitung.de/geothermie_bine_projektinfo.pdf- http://www.bmu.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/broschuere_ geothermie_strom_bf.pdf- http://de.wikipedia.org/wiki/Geothermie#Hochenthalpie-Lagerst.C3.A4tten- http://www.energytoolbox.org/gcre/bibliography/149_2419.pdf- http://www.tiefegeothermie.de/index.php?id=60- http://www.tiefegeothermie.de/index.php?id=60- http://www.ige.uni- stuttgart.de/fileadmin/ressourcenRedakteure/pdf/Vorlesung/

Sonderprobleme/WS10_11/20110201_Tiefengeothermie.pdf- http://www.geothermal-energy.org/234,welcome_to_our_ page_with_data_for_italy_electricity_generation.html- http://www.hems-renewables.de/renewable-energies/geothermie.html#c2501- http://www.enerdream.de/oekostrom/erdwaerme/7-erdwaerme-kostbare-ressource-

zur-stromgewinnung.html- http://vgks.ch/index.php?id=147

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