Hoch-Enthalpie-Lagerstätten

Präsentation zum Thema: "Hoch-Enthalpie-Lagerstätten"—  Präsentation transkript:

1 Hoch-Enthalpie-Lagerstätten
Vortrag in den Fächern Geothermie und Allgemeine Hydrogeologie im SS 2012 Dozent: Prof. Dr. rer. nat. Manfred Koch von Carsten Rocholl

2 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 | 2

3 } } Einordnung der tiefen Erdwärme-Systeme Wärme- und Stromerzeugung
- Hoch-Enthalpie-Lagerstätten - Nieder-Enthalpie-Lagerstätten Offene Systeme Hydrothermale Systeme Petrothermale Systeme (Hot Dry Rock) Geschlossene Systeme Tiefe Erdwärmesonden Weitere Systeme Grubenwärme Tunnelwärme usw. } Wärme- und Stromerzeugung } Wärmeerzeugung | 3

4 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 Glory Morning Hole, Yellowstone National Park | 4

5 Hoch-Enthalpie-Lagerstätte - Modell
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 Hoch-Enthalpie-Lagerstätte - Modell | 5

6 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, Grabenbruch Äthiopien | 6

7 Vorkommen Hoch-Enthalpie-Lagerstätten weltweit
Aus: Geothermische Stromerzeugung, BMU 2011 | 7

8 Vergleich zu Nieder-Enthalpie-Lagerstätten
- außerhalb vulkanischer Aktivitäten - geringe Temperaturen an der Oberfläche - geringe Zunahme der Temperatur über die Tiefe → ca. 3°C je 100 Meter Erdsonden, Wärmepumpe | 8

9 Vergleich zu Nieder-Enthalpie-Lagerstätten
Wärmeanomalien in Deutschland → Keine Hoch-Enthalpie-Lagerstätten!!! - in ca Metern Tiefe → Temperaturen über 100°C Wärmeanomalien in Deutschland Aus: Geothermische Stromerzeugung, BMU 2011 | 9

10 Vergleich zu Nieder-Enthalpie-L.
Wärmeanomalien in Deutschland Aus: Geothermische Stromerzeugung, BMU 2011 Vergleich verschiedener Quellen Aus: Geothermische Stromerzeugung, BMU 2011 | 10

11 Erschließung - über Bohrungen
- aber: geringere Tiefe bei höherer Temperatur → somit sehr wirtschaftlich Bohrturm Groß Schönebeck | 11

12 Energetische Nutzung - 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) | 12

13 Energetische Nutzung 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 | 13

14 Dry-Steam Power Plants
- direkte Nutzung des Dampfes zur Stromerzeugung - Dampf wird entnommen - Turbine treibt Generator an - abgekühltes Fluid wird reinjeziert Kraftwerksschema | 14

15 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 Kraftwerksschema | 15

16 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 Erstes „Kraftwerk“ 1904 | 16

17 Heutige Nutzung der Lagerstätten - Beispiele
Island: 31 aktive Vulkansysteme 41,7 PJ (60%) der Primärenergie aus Erdwärme USA: Installierte Leistung ca MW, davon ca MW in Kalifornien Weitere MW bereits in Entwicklung Japan: Installierte Leistung ca. 540 MW Geothermisches Potential: ca MW Geothermie soll Atomkraft ablösen Geysir - Island | 17

18 Heutige Nutzung der Lagerstätten
Temperaturniveaus verschiedener, in Nutzung befindlicher geothermischer Reservoire | 18

19 Nutzung in Olkaria, Kenia
- zurzeit 170 MW el. - Produktions- und Reinjektionsfeld auf einer Fläche von 70 m² - 700 bis 3000 Meter Tiefe → °C - 110 Bohrungen 50 fördern heissen Dampf 60 zur Reinjektion genutzt | 19

20 Nutzung in Olkaria, Kenia
Genutztes Gebiet in Kenia | 20

21 Nutzung in Olkaria, Kenia
Anlagen auf dem Gelände des geothermischen Feldes | 21

22 Nutzung in Olkaria, Kenia
Geothermisches Kraftwerk | 22

23 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 | 23

24 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 | 24

25 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 | 25

26 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!!
Ende Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!! | 26

27 Quellen - - geothermie_strom_bf.pdf - - - - stuttgart.de/fileadmin/ressourcenRedakteure/pdf/Vorlesung/ Sonderprobleme/WS10_11/ _Tiefengeothermie.pdf - page_with_data_for_italy_electricity_generation.html - - zur-stromgewinnung.html - | 27