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Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme - ein innovatives Konzept zur Wärmenutzung M. Kosinowski 2 , Ralf Junker 1 , Peter Kehrer 2 , Torsten Tischner 2 , Stefan Weßling 1 , Reiner Jatho 2 , Hans Sulzbacher 1 Franz Binot 1 & Christian Bönnemann 1 1 Institut für Geowissenschaftliche Gemeinschaftsaufgaben (GGA), 2 Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), Stilleweg 2, 30655 Hannover,

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Page 1: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme - ein

innovatives Konzept zur Wärmenutzung

Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme - ein

innovatives Konzept zur Wärmenutzung

M. Kosinowski2, Ralf Junker1, Peter Kehrer2, Torsten Tischner2, Stefan Weßling1, Reiner Jatho2, Hans Sulzbacher1

Franz Binot1 & Christian Bönnemann1

1Institut für Geowissenschaftliche Gemeinschaftsaufgaben (GGA), 2Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR),

Stilleweg 2, 30655 Hannover,

Page 2: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

Strategie der deutschen BundesregierungStrategie der deutschen BundesregierungStrategie der deutschen Bundesregierung

- Rahmenbedingungen für ökonomische Nutzung verbessern

- verstärkte Forschung & Entwicklung

z.B. F&E z.B. F&E –– und und Demonstrationsprojekt Demonstrationsprojekt „„GeneSYSGeneSYS““ zur Nutzung tiefer geothermischer zur Nutzung tiefer geothermischer WWäärmerme

Page 3: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

Geothermische Reservoire in Deutschland

Geothermische Reservoire in Geothermische Reservoire in DeutschlandDeutschland

Norddeutsches Becken: geringporöser / wenig permeabler Buntsandstein

Norddeutsches Becken: geringporöser / wenig permeabler Buntsandstein

→ Stimulation des Reservoirs notwendig!

Page 4: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

Das FFüündigkeitsrisiko ndigkeitsrisiko für eine geothermische Bohrung besteht in der Gefahr, Wasser in unzureichender Menge und/oder mit zu niedriger Temperatur zu fördern.

Fündigkeitsrisiko und KostenFFüündigkeitsrisiko und Kostenndigkeitsrisiko und Kosten

Die Bohrkosten sind der größte Teil des Investments; sie sind im Falle zu geringer Fließraten und/oder Temperatur verloren.

Neue Konzepte, die entwickelt werden, sollen das Fündigkeits-risiko und die Kosten senken.

Die Bohrkosten sind der größte Teil des Investments; sie sind im Falle zu geringer Fließraten und/oder Temperatur verloren.

Neue Konzepte, die entwickelt werden, sollen das Fündigkeits-risiko und die Kosten senken.Bohren

Planung

Produktions-

pumpe

Stimulation

Konversions-

zentrale

Heißwasser-

leitungen

Page 5: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

ÜÜberblickberblick

• Allgemein: Tiefe Geothermie

• GeneSys Projekt Phase I

• GeneSys Projekt Phase II

Page 6: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

Generierte Geothermische Energie Systeme

Extraktion geothermischer Energie ausdichten Sedimentgesteinendichten Sedimentgesteinen

unter Verwendung vonEinbohrlochkonzeptenEinbohrlochkonzepten

im Rahmen eines Demonstrationsprojekts

Page 7: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

Projektziel

Versorgung des GEOZENTRUMsHannover mit geothermischer Wärme aus dichten Sedimenten unter Verwendung einer Ein-Bohrloch-Konfiguration.

Anforderungen

Energie 2 MW

Fließrate 25 m³/h

Temperatur 130°C

Investition 15 Millionen €

Das GeneSys ProjektDas GeneSys ProjektDas GeneSys Projekt

Page 8: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

- Phase IZiel

Machbarkeit von Ein-Bohrlochkonzepten zeigen

Lokation

ehemalige Erdgasbohrung Horstberg Z1 (3900 m)

Finanzierung: BMU

- Phase II

Ziel

Versorgung des GEOZENTRUMs mit geothermischer Wärme

Lokation

GEOZENTRUM in Hannover

Finanzierung: BMWI

Zwei Phasen des GeneSys-ProjektesZwei Phasen des Zwei Phasen des GeneSysGeneSys--ProjektesProjektes

Page 9: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

Lage der Forschungsbohrung Horstberg Z1Lage der Forschungsbohrung Horstberg Z1Lage der Forschungsbohrung Horstberg Z1

Page 10: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover
Page 11: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

Versuchsaufbau

Page 12: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

Die Forschungsbohrung Horstberg Z1Die Forschungsbohrung Horstberg Z1Die Forschungsbohrung Horstberg Z1

Page 13: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

GeologieGeologieGeologie

nach Baldschuhn et al. 2001

Page 14: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

Hydraulische Stimulation des Detfurth-SandsteinsHydraulische Stimulation des Hydraulische Stimulation des DetfurthDetfurth--SandsteinsSandsteins

• Injektion von Frischwasser 20.000 m³• Speicherkoeffizient > 100 m³ / bar• geschätzte Rissfläche > 100.000 m²• kein Anschluss an Störungen

• Injektion von Frischwasser 20.000 m³• Speicherkoeffizient > 100 m³ / bar• geschätzte Rissfläche > 100.000 m²• kein Anschluss an Störungen

Page 15: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover
Page 16: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

Solling

Detfurth

Volpriehausen

3700 m

3800 m

3900 m

4000 m

4100 mTeilverfüllung

Perforation &Frac 11.000 m³

Perforation &Frac 220.000 m³

Perforation &Auslauf

Perforation Solling-Sandstein und Auslauftest

Page 17: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

Auslauftest Februar 2004

Page 18: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

1. Einsonden-Zweischichtverfahren

2. Zyklische Verfahren

3. Tiefenzirkulationsverfahren

Einbohrlochkonzepte

Page 19: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

Ein-Bohrloch Konzepte

1. Tiefenzirkulation über Störung

2. Huff-Puff

3. Tiefenzirkulation –zwei Schichten

Page 20: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

0 50 100 150 200Zeit (h) seit Beginn

500

550

600

650

700D

ruck

, 377

0m (b

ar)

Daten Fit

-20-10

0102030

Flie

ßrat

e (l/

s)

20406080100120

Tem

pera

tur (

°C)

2600 m3

-520m3 -510m3 -480m3 -490m3 -440m3

Fließrate

Temperatur, 3770m

• Injektion von 2600m3 Frischwasser in 2 Tagen (Wochenende)

• (artesische) Rückförderung des heißen Wassers an 5 aufeinander folgenden Tagen

Zyklische Energiegewinnung (Huff-Puff)

Page 21: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

Ein-Bohrloch Konzepte

1. Tiefenzirkulation über Störung

2. Huff-Puff

3. Tiefenzirkulation –zwei Schichten

Page 22: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

130 140 150 160Temperatur (°C)

4000

3900

3800

3700

3600

3500

3400

Teuf

e (m

)

24.9.03, GGA, ungestört

Detfurth-Sandstein

Solling-Sandstein

Tiefenzirkulation

Reinjektionin KalkarenitVolpriehausen-Sandstein

Page 23: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

Tiefenzirkulation in der Bohrung Horstberg Z1

Tiefenzirkulation in Tiefenzirkulation in der Bohrung der Bohrung Horstberg Z1Horstberg Z1

ESP

Tiefbohrung Pumpenkammer

60 m

3700 m

Page 24: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

100

200

300

400

Dru

ck (b

ar)

24-Nov 27-Nov 30-Nov 3-Dec 6-Dec0

10

20

30

Rat

e (l/

s)

Detfurth

Solling

Injektion/Detfurth

Injektion/Solling

Produktion/Solling

► hydraulische Kommunikation nachgewiesen

►Tracer-Maximum nach ca. 3d (950m3 )

► Primärenergieeinsatz: 0,45 MW /

Energiegewinn: 1,2 MW

► Keine stabile Zirkulation bisher erreicht

Horstberg - Tiefenzirkulation

Page 25: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

Ein-Bohrloch Konzepte

1. Tiefenzirkulation über Störung

2. Huff-Puff

3. Tiefenzirkulation –zwei Schichten

Page 26: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

BegleitforschungBegleitforschungBegleitforschungHydromechanische Prozesse

Hydrothermale Modellierung Well-Testing

Petrophysik

Tracer Tests

Universität Göttingen

Page 27: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

ÜÜberblickberblick

• Allgemein: Tiefe Geothermie

• GeneSys Projekt Phase I

• GeneSys Projekt Phase II

Page 28: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

F. Böker, 1994

Geozentrum Hannover

Page 29: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

Demonstrationsprojekt Hannover: Vorgaben

Anforderungen an die Bohrung:• Endteufe: ca. 3.800 m• Zielhorizonte: Sandsteine im Mittleren Buntsandstein• Bohrung wird voll verrohrt (7“ Endverrohrung)• Bohrlochausbau soll alle Konzepte ermöglichen

Notwendige Leistungen für die Energieversorgung:• Thermische Leistung 2 MW• Vorlauftemperatur Primärseite > 100 °C• Volumenstrom ca. 7 l/s

Page 30: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

GZH

• Wohngebiet Einhaltung der TA Lärm ErschütterungenSchadstoffimmission

•BohrplatzgrößeBohranlageServicebetriebeOberbodenSchallschutzwand

•Energieversorgung StromWasser

Techn. Herausforderungen: Hannover

F. Böker

Page 31: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

Datengrundlage von 2001 verbessern

Datengrundlage von 2001 verbessern

Seismische Erkundung – Mai 2006Seismische Erkundung Seismische Erkundung –– Mai 2006Mai 2006

BGR 2001

GGA 2001

BEB 1985

BGR 2006

Page 32: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

Schall-GutachtenSchallSchall--GutachtenGutachten

Schallschutzwand (15m)

Bohrturm

Page 33: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

MikroseismikMonitoringNetzwerk

MikroseismikMikroseismikMonitoringMonitoringNetzwerkNetzwerk

Page 34: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

• Geothermische Nutzung von gering permeablen Sedimentgesteinen• Erprobung von Einbohrlochkonzepten • Übertragung der Wasserfractechnik auf Sedimentgesteine

GeneSys – Projektziele:

Page 35: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

Einordnung

Erdwärmesonde

< 0.5 MWth

Wärme(Prenzlau, Aachen ?)

GeneSys(neue Einbohrlochkonzepte)

< 1 - 5 MWth ?Wärme

Dublette

10 - 50 MWth

Strom (+Wärme)(Landau, Unterhaching,

Soultz)

Page 36: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

Bohrkontraktor

Ausschreibung: November 2006

Beauftragung : Dezember 2007

Innova RigHakenregellast 350 t

rein hydraulische Anlage

schalloptimiert (wirksamer Schallleistungspegel 104,6 dB(A)

Dieselelektrisch, rein elektrisch aus dem öffentlichen Netz, Mischbetrieb

Page 37: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

Bohrplatzbau Juli/Aug. 08

Page 38: Das -Projekt: Generierte Geothermische Energiesysteme ... · Mikroseismik Monitoring Netzwerk. Wärmeversorgung des Geozentrums Hannover

Das Huff-Puff und Zweischichtverfahren wurden erfolgreich getestet.

Standortunabhängige Nutzung von geothermischer Energie aus dichten Sedimenten dichten Sedimenten mittels eines EinEin--BohrlochBohrloch--KonzeptesKonzeptes ist machbar

Geeignet für kleine bis mittelgroße Abnehmer

Beginn der Bohrarbeiten in Hannover: Winter 2008!

Zusammenfassung & AusblickZusammenfassung & AusblickZusammenfassung & Ausblick