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

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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 Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie Hoch-Enthalpie-Lagerstätten 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 Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie Hoch-Enthalpie-Lagerstätten 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 | 3 } } Wärmeerzeugung Wärme- und Stromerzeugung

4 Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie Hoch-Enthalpie-Lagerstätten 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 | 4 Glory Morning Hole, Yellowstone National Park

5 Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie Hoch-Enthalpie-Lagerstätten 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 | 5 Hoch-Enthalpie-Lagerstätte - Modell

6 Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie Hoch-Enthalpie-Lagerstätten 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, | 6 Grabenbruch Äthiopien

7 Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie Hoch-Enthalpie-Lagerstätten Vorkommen | 7 Hoch-Enthalpie-Lagerstätten weltweit Aus: Geothermische Stromerzeugung, BMU 2011

8 Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie Hoch-Enthalpie-Lagerstätten 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 | 8 Erdsonden, Wärmepumpe

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

10 Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie Hoch-Enthalpie-Lagerstätten Vergleich zu Nieder-Enthalpie-L | 10 Vergleich verschiedener Quellen Aus: Geothermische Stromerzeugung, BMU 2011 Wärmeanomalien in Deutschland Aus: Geothermische Stromerzeugung, BMU 2011

11 Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie Hoch-Enthalpie-Lagerstätten Erschließung - über Bohrungen - aber: geringere Tiefe bei höherer Temperatur somit sehr wirtschaftlich | 11 Bohrturm Groß Schönebeck

12 Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie Hoch-Enthalpie-Lagerstätten 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 Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie Hoch-Enthalpie-Lagerstätten 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 Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie Hoch-Enthalpie-Lagerstätten Dry-Steam Power Plants - direkte Nutzung des Dampfes zur Stromerzeugung - Dampf wird entnommen - Turbine treibt Generator an - abgekühltes Fluid wird reinjeziert | 14 Kraftwerksschema

15 Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie Hoch-Enthalpie-Lagerstätten 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 | 15 Kraftwerksschema

16 Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie Hoch-Enthalpie-Lagerstätten 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 | 16 Erstes Kraftwerk 1904

17 Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie Hoch-Enthalpie-Lagerstätten 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 | 17 Geysir - Island

18 Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie Hoch-Enthalpie-Lagerstätten Heutige Nutzung der Lagerstätten | 18 Temperaturniveaus verschiedener, in Nutzung befindlicher geothermischer Reservoire

19 Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie Hoch-Enthalpie-Lagerstätten Nutzung in Olkaria, Kenia - zurzeit 170 MW el. - Produktions- und Reinjektionsfeld auf einer Fläche von 70 m² bis 3000 Meter Tiefe °C Bohrungen – 50 fördern heissen Dampf – 60 zur Reinjektion genutzt | 19

20 Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie Hoch-Enthalpie-Lagerstätten Nutzung in Olkaria, Kenia | 20 Genutztes Gebiet in Kenia

21 Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie Hoch-Enthalpie-Lagerstätten Nutzung in Olkaria, Kenia | 21 Anlagen auf dem Gelände des geothermischen Feldes

22 Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie Hoch-Enthalpie-Lagerstätten Nutzung in Olkaria, Kenia | 22 Geothermisches Kraftwerk

23 Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie Hoch-Enthalpie-Lagerstätten 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 Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie Hoch-Enthalpie-Lagerstätten 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 Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie Hoch-Enthalpie-Lagerstätten 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 Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie Hoch-Enthalpie-Lagerstätten Ende Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!! | 26

27 Geothermie/ Allgemeine Hydrogeologie Hoch-Enthalpie-Lagerstätten 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


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