Überkritische Fluide in geothermischen Systemen

Präsentation zum Thema: "Überkritische Fluide in geothermischen Systemen"—  Präsentation transkript:

1 Überkritische Fluide in geothermischen Systemen
Forschungsausblick mit Beispiel des Iceland Deep Drilling Project (IDDP)

2 Gliederung Thermodynamische Betrachtung der Überkritikalität
Geothermische Systeme in großen Tiefen – überkritische Fluide Das Iceland Deep Drilling Project (IDDP) Zusammenfassung Manuela Wunderlich

3 1. Thermodynamische Betrachtung der Überkritikalität
Manuela Wunderlich

4 Kritischer Punkt Kritischer Punkt von Wasser: 374,12°C, 212,2 bar
Manuela Wunderlich

5 Überkritikalität Überkritisches Wasser: keine Trennung der flüssigen und gasförmigen Phase Neue Stoffeigenschaften, z.B. hohe Dichte (Flüssigkeitseigenschaft) Folge: höhere spezifische Enthalpie Effussion möglich (Gaseigenschaft) Salvatisierung möglich (Flüssigkeitseigenschaft) sehr niedrige Viskosität ( Umgang!) Manuela Wunderlich

6 Spezifische Enthalpie
steigt mit T fällt leicht mit p höherer Energieinhalt Manuela Wunderlich

7 Kompressionsmodul 200-mal kleiner als in kalten Aquiferen  mehr Gesteinsdeformation Manuela Wunderlich

8 2. Geothermische Systeme in großen Tiefen – überkritische Fluide
Manuela Wunderlich

9 Überkritisches Wasser in geothermischen Systemen
Hohe Temperaturen und hoher Druck möglich in großen Tiefen warme Aquifere durch Einfluss von Magma (Magmakammern) Anzeichen z.B. Erdbeben, Vulkanismus Untersee-Reservoirs Fluidzusammensetzung: kein reines Wasser, sondern Wasser, Salze und Gase Genaue Zusammensetzung unbekannt, ähnliche Eigenschaften erwartet Manuela Wunderlich

10 Wo sind überkritische Fluide?
Voraussetzung für das geothermische System: genügend hoher Druck und Temperatur Beispiel: Untersee-Reservoirs v.a. an Plattengrenzen Anzeichen: hydrothermale Quellen („Schwarzer Raucher“) Wasser verlässt Schlote mit °C Manuela Wunderlich

11 Modellierung Druckänderung mit Höhe Enthalpie-änderung mit Höhe
Anfangs/Randbedingungen: Manuela Wunderlich

12 Modellierung (II) Integration in Schritten von 1 m
Berechnung der Temperatur aus Druck und Enthalpie jeder Stufe Druck an der Oberfläche Manuela Wunderlich

13 Modellierung (II) Integration in Schritten von 1 m
Berechnung der Temperatur aus Druck und Enthalpie jeder Stufe Temperatur an der Oberfläche Manuela Wunderlich

14 Elektrische Leistung Zum Vergleich: Dampf, Oberflächen-druck 25 bar, Reservoirdruck 30 bar, gleicher Volumenstrom 5 MW el. Leistung Faktor 10 niedriger Manuela Wunderlich

15 3. Das Iceland Deep Drilling Project
Manuela Wunderlich

16 Iceland Deep Drilling Project
Im Jahr 2000 gegründet Träger: Isländisches Energiekonsortium Untersuchung dreier geothermischer Felder: Krafla Nesjavellir/Hengill Reykjanes (Salzwasser) Manuela Wunderlich

17 Manuela Wunderlich

18 Ziele des IDDP Machbarkeitsstudie für die Erschließung sehr tiefer geothermischer Reservoirs in Island  Verwendung von überkritischem Wasser als Grundlage  Suche nach geothermischen Gebieten mit überkritischen Bedingungen Weiterentwicklung der Technologien Ökonomische und wissenschaftliche Studie Manuela Wunderlich

19 Schwierigkeiten Zum Projektbeginn keinerlei Informationen über physikalische und chemische Eigenschaften der Fluide in dieser Tiefe Fluide müssen zur Untersuchung entnommen werden Aber: Materialentnahme  Korrosion, Ablagerung von Feststoffen im Aquifer ?  „the pipe“ Manuela Wunderlich

20 Vorgehen Manuela Wunderlich

21 Vorgehen (II) Tiefe des Bohrloches: 3,5 bis 5 km
Bohren in mehreren Abschnitten Trennung von subkritischer und überkritischer Phase Durchmesser von ca. 80 bis 18 cm abnehmend Manuela Wunderlich

22 „The pipe“ Schmales Rohr wird ins Bohrloch eingelassen
Durchmesser ca. 10 cm Stabilisierung des Bohrlochs Fluidentnahme durch das Rohr Manuela Wunderlich

23 IDDP-1 in Krafla Reale Bohrung Vorhaben
Ab Nov. 2008: ∅ cm bis 800 m ü Dez – Feb. 2009: ∅ 42 cm bis 1200 m ü Bohrunterbrechungen bis Mai 2009 Mit ∅ 34 cm bis 2040 m; erfolglose Bohrkernentnahme 24.Juni 2009: Aufgabe bei 2104,4 m Vorhaben 2400 – 3500 m: ∅ 24 cm 3500 – 4500 m: ∅ 18 cm (bis Juli 2009) Manuela Wunderlich

24 Ende von IDDP-1 24. Juni 2009: Eindringen heißer Magma in das Bohrloch (20 m Obsidian) Magmakammer weniger tief als berechnet Aufgabe der Bohrung Magma in 2104 m Tiefe: ca. 1050°C Grund für mangelnde Stabilität des Bohrlochs Verschließen des Bohrlochs mit Zement Manuela Wunderlich

25 Zukunftsausblick IDDP-1: weitere Untersuchungen zur Nutzung des geothermischen Fluids geplant (flow tests) Phase 1: Zusammensetzung Phase 2: Kapazität Phase 3: Testkraftwerk : neue Bohrung in Reykjanes (IDDP-2) geplant Nesjavellir/Hengill (IDDP-3): einige Jahre später Manuela Wunderlich

26 4. Zusammenfassung Manuela Wunderlich

27 Vorteile durch Nutzung überkritischer Fluide
Höherer Energieinhalt Höherer Massenstrom durch höheren Druck Zehnmal höherer Ertrag möglich im Vergleich zu herkömmlichen geothermischen Systemen Durch Tiefenbohrung weniger Flächenverbrauch Manuela Wunderlich

28 Nachteile durch Nutzung überkritischer Fluide
Für hohe Temperaturen und Drücke Spezialanfertigungen für Werkzeuge und Maschinen notwendig Tiefbohrungen sehr teuer Zu wenige Kenntnisse über Verhältnisse in großer Tiefe Technologien zum Umgang mit überkritischen Flüssigkeiten müssen noch (weiter)entwickelt werden Manuela Wunderlich

29 Fazit Nutzung überkritischer geothermischer Systeme im Bereich aktueller Forschung Momentan noch keine wirtschaftliche Nutzung möglich Aussichten auf zehnmal höhere Erträge werden zu weiterer Untersuchung führen Manuela Wunderlich

30 Quellen Suárez Arriaga M. und Samaniego V. F. (2012), „Deep geothermal reservoirs with water at superscritical conditions“, Thirty-Seventh Workshop on Geothermal Reservoir Engineering, Stanford Albertsson A. et al. (2003), „Iceland Deep Drilling Project – Part III – Fluid Handling, Evaluation and Utilization“, IDDP Feasibility Report Fridleifsson G. (2003), „Iceland Deep Drilling Project: Deep vision and future plans“, International Geothermal Conference, Reykjavík Elders W. und Fridleifsson G. (2010), „The Science Program of the Iceland Deep Drilling Project (IDDP): a Study of Supercritical Geothermal Ressources“, World Geothermal Congress, Bali Fridleifsson G. et al. (2010), „Iceland Deep Drilling Project – 10 Years later – Still an Opportunity für International Collaboration“, World Geothermal Congress, Bali Manuela Wunderlich

31 Danke für Eure/Ihre Aufmerksamkeit!