Tiefengeothermie in Deutschland - tu-freiberg.de · 06/12/2013 · Geothermie . Petrothermale...

Tiefengeothermie in Deutschland Bohrtechnische Erschließung regenerativer Lagerstätten

Berg- und Hüttenmännischer Tag 2013

Prof. Dr.-Ing. Matthias Reich

TU Bergakademie Freiberg | Institut für Bohrtechnik und Fluidbergbau | Professur für Bohrtechnik, Spezialtiefbauausrüstungen und Bergbaumaschinen | Agricolastraße 22, 09596 Freiberg | Telefonnummer: 03731 / 39-2491 | www.tu-freiberg.de | BHT 2013 | 12.06.2013

Theorie: obere 3 km der Erdkruste enthalten genug Energie, um die Menschheit für 100.000 Jahre zu versorgen!

Verteilung der Erdwärme

In Deutschland: „interessante“ Temperaturen zur Stromge- winnung (ca. 120 – 180 °C) ab ca. 4 – 6 km Tiefe


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Hydrothermale Geothermie

Petrothermale Geothermie

Künstlich angelegter Wärmetauscher

Natürlicher Wärmetauscher

Aquifer

Unterirdische Wärmetauscher

3 TU Bergakademie Freiberg | Institut für Bohrtechnik und Fluidbergbau | Professur für Bohrtechnik, Spezialtiefbauausrüstungen und Bergbaumaschinen | Agricolastraße 22, 09596 Freiberg | Telefonnummer: 03731 / 39-2491 | www.tu-freiberg.de | BHT 2013 | 12.06.2013

Roter Kamm, Aufschluss Zechenplatz, Bad Schlema

SW NO

Warum Tiefengeothermie in Sachsen?

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Erstklassige geologische Datenlage

Abgleich

Homogeni- sierung

Geothermische Modelle Heterogene Datenbasis

Datenakquisition komplexe Interpretation

Sachsenweite Start- und Suchphase


Optimaler Standort: Schneeberg/ Aue

• höchste Datendichte • Bergbau • Bohrungen • alte seismische

Profile • höchste Modell-

temperatur


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Beispiel: Schnitt Wolfgang Maßen - Bhf. Schlema - Dürre Henne

Geologische Schnitte als Grundlage für Modellierung

Zusammensetzung von 10 Schnitten zu einem Modell



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-2 km

-5 km

GOK

Umsetzung in konkrete Bohrplanung

Eibenstocker Granite Granit von Aue Keilberg-Gruppe Joachimsthaler Gruppe Thumer Gruppe Lößnitz-Zwönitzer Synklinale Frauenbach-Gruppe

Erstellung eines komplexen 3-D Blockmodells

Gesicherte Erkenntnisse • Bohrungen • Wismut-Bergbau

weniger gesicherte Erkenntnisse • zu klären durch

3-D Seismik



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Natürliche Seismizität umfassend untersucht

Verbundprojekt MAGS

bekannter Bergbau Erlaubnisfeld Erdwärme Durch Flutung induzierte Beben (Beobachtungszeitraum 20 Jahre)

Anfänglich ca. 50 Messstationen (Wismut und TUBAF), heute noch ca. 10 in Betrieb



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Natürliche Seismizität gründlich untersucht

Flutungsinduzierte Seismik, in 20 Jahren 1650 beobachtete Ereignisse • fast alle Ereignisse mit Magnituden unter Null • nur vereinzelte Ereignisse im Bereich 1 bis 2 • kein gemessenes Ereignis mit Magnitude > 2 • maximal mögliche Magnitude nach Gutenberg – Richter Gesetz: 2,4 • zum Vergleich:

• Magnitude 3 nach DIN zulässig für „empfindliche Gebäude“, Magnitude 5 für Wohngebäude



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Natürliche Seismizität gründlich untersucht

Fiktives Ereignis der Magnitude 2,4 in 5 km Tiefe

Keine Gefahr Übertage

Ausbreitung der Bodenschwingungen als Funktion von Magnitude und Herdentfernung

Zulässig für empfindliche Gebäude

M=2,5

M=2,0 M=1,5



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Erfahrung mit neuester 3-D Seismik


rot: Anregungspunkte grau: Geophonketten

Messungen: • Vibrationsseismik

• 5000 Anregungspunkte • je 10 Sek. Signal • 8000 Empfängerpunkte • 6000 Empfangskanäle

• Sprengseismik • 30 m tief • 30 kg/Sprengung

Laufende Auswertungen: • LIAG • TUBAF

Sprengpunkte

Herbst 2012


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Vorläufige Ergebnisse der 3-D Seismik (TUBAF)


• Deutliche Strukturen im Granit! Erfolg!

• Bisher geplanter Bohrpfad im Bereich der großen Störungen

• Auswertungen noch nicht abgeschlossen

• Ergebnisse des Stern-Experiments einbeziehen

• Geschwindigkeitsmodell verfeinern

• steil stehende Störungen (Roter Kamm) besser beleuchten

• Anfang September detaillierten Bohrpfad festlegen


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Minimales, beherrschbares Risiko


• Geländehebungen wie in Stauffen können nicht auftreten (Geologie)

• Erdbeben wie in Basel können nicht auftreten (MAGS)

• Überflutungen (Eruptionen) können nicht auftreten (keine vorgespannten Wässer)

• Radioaktivität und Schwermetalle sind unter Kontrolle (geschlossene Kreisläufe, Entsorgungskonzepte)

• Altbergbau ist nicht vorhanden (Aktenlage, geplante Erkundungs- bohrung)

• Einziges Risiko: Kostenrahmen • Geringe Bohrgeschwindigkeit, • Ausfälle, technische Probleme

Herausforderung: bohrtechnische Erschließung der Störungszone

Operative Ziele

• Abteufen einer tiefen Richtbohrung im Granit • Vertikalteufe: 5000 m • Gesamtlänge ca. 5500 m • bis ca. 180°C Temperatur • Auffinden des Kluftsystems

• 100% Kerngewinn im Kluftsystem Primäre Forschungsziele • Untersuchung möglicher Kostenreduktion durch Einsatz

innovativer Technologien • Erprobung neuer Ortungsverfahren zum Auffinden von

Störungen • Seismische Überwachung der Bohrarbeiten • Charakterisierung des Zielhorizonts durch Fördertests • Erforschung der Wechselwirkungen zwischen Gebirge

und Bohrung (Schwermetalle, Radioaktivität) • Erkundung des Potentials zur Erzeugung von Strom

und Wärme


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Tiefengeothermieprojekt Sachsen

Sekundäre, extern zu finanzierende Forschungsziele • Steigerung der Datenrate zur Echtzeitübertragung seismischer Information aus der Bohrung zur

Oberfläche • Optimierung und weitere Automatisierung der Bohranlage • Erprobung neuartiger Hochtemperatur-Elektroniken und –Meßsysteme • Erforschung der Genese von Erzlagerstätten

• weitere Projekte

… sofern sie nicht die primären Forschungsziele beeinträchtigen oder gefährden


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Bohrplanung

End-Durchmesser: 9 ½“ (241 mm) End-Neigung: ca 30° Teleskopartiger Aufbau (mehrfacher Ummantelung durch Stahl und Zement)


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Innova Rig

Aktuelle Zeitplanung

• Herbst 2012: 3D-Seismik im Raum Schneeberg • Nachweis von Kluftsystemen in der Zielteufe

• Frühjahr / Sommer 2013: Auswertung der 3D-Seismik

• Sommer / Herbst 2013: Aufruf des BMU zur Antragstellung,

Ausschreibungen, Detailplanungen

• Frühjahr 2014: Beginn Anlage Bohrplatz

• Mitte 2014: Aufbau der Bohranlage, Beginn der Bohrarbeiten

• Frühjahr 2015: Ende der Bohrarbeiten

• Herbst 2015: Beendigung der Arbeiten an der Forschungsbohrung


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Zusammenfassung • Großer Forschungsbedarf zur Nutzbarkeit natürlicher Wärmetauscher

im kristallinen Gebirge für Tiefengeothermie

• Freistaat Sachsen bietet dafür in Deutschland beste Voraussetzungen

• Optimaler Standort im Freistaat Sachsen: Schneeberg / Aue • erstklassige geologische Datenlage • nachgewiesenes ausgeprägtes Kluftsystem in Zielteufe von 5 km • Keine Schäden durch induzierte Seismizität, Radioaktivität oder Schwermetalle

• Sehr fortgeschrittene Planung für Forschungsbohrung vorhanden, sehr

detaillierte Projektskizze liegt BMU vor

TU Bergakademie Freiberg | Institut für ... | Professur für ... | Institutsadresse | Telefonnummer: 03731 / 39-1234 | www.tu-freiberg.de | Vortragender: Max Mustermann | Veranstaltungstitel | 02.01.2012

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Vielen Dank!


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