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Forschungsausblick mit Beispiel des Iceland Deep Drilling Project (IDDP)

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Präsentation zum Thema: "Forschungsausblick mit Beispiel des Iceland Deep Drilling Project (IDDP)"—  Präsentation transkript:

1 Forschungsausblick mit Beispiel des Iceland Deep Drilling Project (IDDP)

2 Gliederung 1. Thermodynamische Betrachtung der Überkritikalität 2. Geothermische Systeme in großen Tiefen – überkritische Fluide 3. Das Iceland Deep Drilling Project (IDDP) 4. Zusammenfassung Manuela Wunderlich2/31

3 Manuela Wunderlich3/31

4 Kritischer Punkt Kritischer Punkt von Wasser: 374,12°C, 212,2 bar Manuela Wunderlich4/31

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 Wunderlich5/31

6 Spezifische Enthalpie steigt mit T fällt leicht mit p höherer Energieinhalt Manuela Wunderlich6/31

7 Kompressionsmodul 200-mal kleiner als in kalten Aquiferen mehr Gesteinsdeformation Manuela Wunderlich7/31

8 Manuela Wunderlich8/31

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 Wunderlich9/31

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 Wunderlich10/31

11 Modellierung Druckänderung mit Höhe Enthalpie- änderung mit Höhe Anfangs/Randbedingungen: Manuela Wunderlich11/31

12 Modellierung (II) Integration in Schritten von 1 m Berechnung der Temperatur aus Druck und Enthalpie jeder Stufe Druck an der Oberfläche Manuela Wunderlich12/31

13 Modellierung (II) Integration in Schritten von 1 m Berechnung der Temperatur aus Druck und Enthalpie jeder Stufe Temperatur an der Oberfläche Manuela Wunderlich13/31

14 Elektrische Leistung Zum Vergleich: Dampf, Oberflächen- druck 25 bar, Reservoirdruck 30 bar, gleicher Volumenstrom 5 MW el. Leistung Faktor 10 niedriger Manuela Wunderlich14/31

15 Manuela Wunderlich15/31

16 Iceland Deep Drilling Project Im Jahr 2000 gegründet Träger: Isländisches Energiekonsortium Untersuchung dreier geothermischer Felder: Krafla Nesjavellir/Hengill Reykjanes (Salzwasser) Manuela Wunderlich16/31

17 Manuela Wunderlich17/31

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 Wunderlich18/31

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 Wunderlich19/31

20 Vorgehen Manuela Wunderlich20/31

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 Wunderlich21/31

22 The pipe Schmales Rohr wird ins Bohrloch eingelassen Durchmesser ca. 10 cm Stabilisierung des Bohrlochs Fluidentnahme durch das Rohr Manuela Wunderlich22/31

23 IDDP-1 in Krafla Vorhaben Reale Bohrung Manuela Wunderlich23/31

24 Ende von IDDP 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 Wunderlich24/31

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 Wunderlich25/31

26 Manuela Wunderlich26/31

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 Wunderlich27/31

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 Wunderlich28/31

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 Wunderlich29/31

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 strations/Chemistry/Water%2520Phase%2520Diagram-bl.jpg Manuela Wunderlich30/31

31 Danke für Eure/Ihre Aufmerksamkeit!


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