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Geologie -Grundlage zu Erschließung des geothermischen Energien-

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Präsentation zum Thema: "Geologie -Grundlage zu Erschließung des geothermischen Energien-"—  Präsentation transkript:

1 Geologie -Grundlage zu Erschließung des geothermischen Energien-

2 Gliederung 1.Geologie 1.1Definition Geologie 1.2Erdentstehung 1.3Erdaufbau und Platentektonik 1.4Mineralien und Gesteine B.-Ing. Christian Petri

3 Gliederung 2.Geothermie 2.1Geothermische Energie 2.2Geothermische Systeme/Verfahren 3. Geologie und Einsatzmöglichkeiten von Geothermie in Deutschland B.-Ing. Christian Petri

4 1. Geologie Abb. 1: Gipstagebau B.-Ing. Christian Petri

5 1.1 Definition Geologie Geologie: (griechisch) Erde und Lehre, ist die Wissenschaft vom Aufbau, von der Zusammensetzung und Struktur der Erde, ihren physikalischen Eigenschaften und ihrer Entwicklungsgeschichte, sowie der Prozesse, die sie formten und auch heute noch formen. Abweichend von der eigentlichen Bedeutung verwendet man das Wort auch für geologischen Aufbau. (Quelle: GtV-2013 a) B.-Ing. Christian Petri

6 1.2 Erdentstehung Abb. 2: Erdentstehung (Quelle: Stuth-2009, verändert) B.-Ing. Christian Petri

7 1.3 Erdaufbau und Plattentektonik B.-Ing. Christian Petri Abb. 3: Schalenaufbau der Erde (Quelle: GtV-2013 b und Energiewelten-2013 c, verändert)

8 1.3 Erdaufbau und Plattentektonik B.-Ing. Christian Petri Abb. 4: Konvektionsströme als Grundlage für die Plattentektonik (Quelle: Tarbuk,Lutgens-2009, S. 402)

9 9 1 Eurasische Platte2 Philippinische Platte3 Juan-de-Fuca-Platte4 Pazifische Platte5 Cocos-Platte 6 Indisch-Australische-Platte7 Nazca-Platte8 Nordamerikanische Platte9 Anatolische (Ägäische) Platte10 Antarktische Platte 11 Karibische Platte12 Südamerikanische Platte13 Afrikanische Platte14 Somalische Platte15 Arabische Platte Abb. 5: Kontinentalplatten (Quelle: Stuth-2009, verändert) B.-Ing. Christian Petri

10 10 a) divergierende Plattengrenzen Seafloor-Spreading Riftvorgang Mittelatlantischer Rücken 2 Ostpazifischer Rücken 3 Ostafrikanisches Rift-Valley 4 Golf von Kalifornien ozeanische Krustekontinentale Kruste 4 b Abb. 6: Divergierte Plattengrenzen (Quelle: Stuth-2009, verändert) B.-Ing. Christian Petri

11 11 b) konvergierende Plattengrenzen 3 11 Gebirgsbildung Tiefseerinne/-graben Inselbogen 1 Himalaya (a) 2 zirkumpazifischer Feuerring (b) 3 japanischer Inselbogen (c) Abb. 7: konvergierende Plattengrenzen (Quelle: Stuth-2009, verändert) B.-Ing. Christian Petri

12 12 c) Transformstörungen 3 11 Abb. 8: Transformationsstörung (Quelle: Stuth-2009, verändert) B.-Ing. Christian Petri

13 1.4 Minerale und Gesteine gesteinsbildende Minerale sind: - Silikate/Silicate Bsp. Quarz, Tonminerale -Oxide Bsp. Hämatit, Korund -Karbonate/Carbonate Bsp. Calcit, Dolomit - Sulfide Bsp. Pyrit - Sulfate Bsp. Schwerspat, Gips, Anhydrit B.-Ing. Christian Petri13

14 1.4 Minerale und Gesteine B.-Ing. Christian Petri14 Abb. 9: Kreislauf der Gesteine (Quelle: Stuth-2009, verändert)

15 1.4 Minerale und Gesteine MagmatiteSedimenteMetamorphite Vulkanite (Ergussgestein) -Bimsstein -Basalt -Trachyt -Tuffe klastische Sedimente (phy.) -Sandstein -Konglomerate -Sand, Ton, Schotter, Kies, Schluff Paragestein (aus Sedimenten) -Schiefer (aus Ton) -Marmor (aus Kalkstein) biogene Sedimente -Kohle -Kalkstein/Kreide -Dolomit Subvulkanite (Ganggestein) Orthogestein (aus Magmatiten) -Gneis Plutonite (Tiefengestein) -Granit -Diorit -Gabbro Chemische Sedimente -Gips, Anhydrit -Steinsalz B.-Ing. Christian Petri15 Tabelle 1: Gesteinsherkunft (Quelle: Schuhmann-1977, verändert)

16 1.4 Minerale und Gesteine B.-Ing. Christian Petri16 Abb. 10: Aquifere und deren Trägergestein (Quelle: Stuth-2011, verändert)

17 1.4 Minerale und Gesteine B.-Ing. Christian Petri17 Abb. 11: Aquifere (Quelle: BMU-2011, unv.)

18 2. Geothermie B.-Ing. Christian Petri18

19 2.1 Geothermische Energie ist die unterhalb der festen Oberfläche der Erde gespeicherte Wärmeenergie 30% der Energien stammten direkt aus dem heißen Erdkern und 70% durch den ständigen radioaktiven Zerfall im Erdmantel und Erdkruste nimmt mit zunehmender Erdtiefe zu in Mitteleuropa nimmt die Temperatur um etwa 3 °C pro 100 m Tiefe zu (regionalen Unterschieden) B.-Ing. Christian Petri19

20 2.1 Geothermische Energie im Erdkern Temperaturen von etwa °C die in der Erde gespeicherte Wärme ist nach menschlichen Existenz unerschöpflich Nutzdauer einer tiefengeothermischen Lagerstätte ist auf etwa Jahre begrenzt und benötigt mehreren hundert Jahren zur Regeneration (somit bedingt regenerative Energie) B.-Ing. Christian Petri20

21 2.1 Geothermische Energie Wärmemenge resultiert aus: aus der Erdentstehung aus dem radioaktiven Zerfall (Uran-,Thorium-, u. Kalium-Isotopen) in der Erdkruste und Erdmantel Wärmestrom durch Magmabewegung (Konvektionsströme) und Wasserreservoir Synonyme für Geothermische Energie lauten Erdwärme bzw. Geothermie B.-Ing. Christian Petri21

22 2.1 Geothermische Energie Unterscheidung der Geothermie in Oberflächennahe und Tiefe Geothermie weiter Unterscheidung der Tiefe Geothermie in Hydrothermale (Wärme aus Wasser) und Petrothermale (Wärme aus Gestein) Systeme B.-Ing. Christian Petri

23 2.3 Geothermische Systeme/Verfahren Oberflächennahe Geothermie ( 400 m Tiefe) (8-15°C) (siehe VDI 4640) vertikale Erdwärmesonde -ca. 50 m Tiefe -wassergesättigte Lockergestein erforderlich -geschlossenes System mit Kältemittel -Einspeisung von Überschusswärme möglich -für Wärme- u. Kältegewinnung/-speicherung Brunnen -ca. 50 m Tiefe -fließendes Wasser in Porenräumen von Lockergestein erforderlich -direkte Wärmeaustausch mit Grundwasser mittels Duplette -Duplette besteht aus Förder- und Infiltrationsbrunnen -für Wärme- und Warmwassergewinnung horizontale Erdkollektor -ca. 1-2m Tiefe -Erschließung der solaren Wärme aus oberen Bodenschicht Geschlossenes System mit Kältemittel -für Wärmegewinnung Tabelle 2: Verfahren der oberflächennahen Geothermie B.-Ing. Christian Petri

24 Abbildung 13: Erdwärmesonden (Quelle: GtV-2013 b, unv.) B.-Ing. Christian Petri

25 2.3 Geothermische Systeme/Verfahren Tiefe Geothermie (> 400 bzw. >1.000 m bis ca m Tiefe) (>20 bzw. >60°C) (Hydrothermale Systeme) -ca m Tiefe (Temperaturbereich von 0-100°C ggf. bis 245°C) ->20m mächtiges poröse permeables Gestein mit Zuflussraten >50m³/h erforderlich -Thermalfelder (>20°C), Nassdampffelder (>100°C), Heißdampffelder ( °C) -für thermale Bäder, Fernwärme, Stromerzeugung (>100°C) Tiefenwärmesonden (Petrothermale System) ->2.500 m Tiefe (>100°C) -für beliebe Gesteinsabfolge -geschlossenes System mit Trägermedium in den Sonden -Fehlbohrung aus Erdöl- u- Erdgasförderung verwendbar HDR-Hot-Dry-Rock-System (Petrothermale System) Überbegriff: EGS-Enhanced Geothermal Systems -ca m Tiefe (>150°C) -mächtiges Gestein mit künstliche. Fließwegen mit Zuflussraten >200m³/h erforderlich (Wasser-/Säureeinpressung) Tabelle 3: Verfahren der Tiefe Geothermie B.-Ing. Christian Petri

26 Abb. 14: Nutzungsformen der Geothermie (Quelle: LBGR-2013 f, unv.) B.-Ing. Christian Petri

27 3. Geologie und Einsatzmöglichkeit von Geothermie in Deutschland B.-Ing. Christian Petri27 Abb. 15: Geothermiebohrung in Unterhachingen (Quelle: BMU-2011, S. 36, unv.)

28 B.-Ing. Christian Petri28 Abb. 16: vereinfachte geologische Übersichtskarte von Deutschland u. geologische Zeitskala (Quelle: Henningsen, Katzung-2002, Einband, verändert)

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30 B.-Ing. Christian Petri30 Abb. 17: Tertiär-Senken und junge Vulkangebiete (Quelle: Henningsen, Katzung-2002, S. 135, unv.)

31 Erläuterung HB: Heidelburgel Gangschar Kb: Katzenbuckel Ks: Kaiserstuhl Nh: Nordhessische Basalt- Gebiet Sg: Siebengebierge Ur: Uracher Vulkangebiet Ww: Westerwald

32 B.-Ing. Christian Petri32 Abb. 18: Hydrothermale Reservoir in Deutschland (Quelle: BMU-2011, S. 59, unv.)

33 B.-Ing. Christian Petri33 Abb. 19: Verteilung der Untergrundtemperatur in Deutschland (Quelle: BMU-2011, S. 58, unv.) Graue Felder sind nicht ausreichend erkundet

34 B.-Ing. Christian Petri34 Abb. 21: Hydrothermale Reservoir in Deutschland mit bereits errichteten Anlagen (Quelle: BMU-2011, S. 59 und Energiewelten-2013 d, verändert.)

35 Tiefe Geothermie (Bohrtiefe > 400 m) -21 Anlagen (Heizwerke u. Heizkraftwerke) in Betrieb, mit 193 MW installierte Wärmeleistung -davon 6 Anlagen, mit 12,11 MW elektrische Leistung -92 Anlagen in Planung bzw. Bau Oberflächennahe Geothermie (Bohrtiefe < 400 m) Anlagen (z.B. Erdwärmesonden bzw. –Kollektoren in Verbindung mit Wärmepumpen) -pro Jahr Anlagen, mit 235 MW, neu installiert (Stand 2012) Leistung MW installierte geothermische Wärmeleistung (Tiefe und Oberflächennahe Geothermie) -12,11 MW installierte geothermische Stromleistung (nur Tiefe Geothermie) Bereitgestellte Energiemengen -0,019 TWh Strom (Stand 2011) Bedarf von Zweipersonen-Haushalten -5,8 TWh Wärme (Stand 2012) Bedarf von Zweipersonen-Haushalten B.-Ing. Christian Petri35 Tabelle: Nutzung von Geothermie in Deutschland (Quelle: GtV-2013 b, verändert)

36 Fazit Eine Erschließung der, in der Erde vorhandene, geothermische Energie erfordern geologischen sowie hydrologischen Kenntnisse des Untergrundes! B.-Ing. Christian Petri

37 Quellen GtV-2013 a Internet: GtV-Bundesverband Geothermie e.V.: Geologie. lexikon/g/geologie.html, zuletzt besucht am GtV-2013 bInternet: GtV-Bundesverband Geothermie e.V.: Einstieg in die Geothermie. die-geothermie.html, zuletzt besucht am BMU-2011Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, Broschüre: Tiefe Geothermie, Nutzungsmöglichkeiten in Deutschland. Stand import/files/pdfs/allgemein/application/pdf/broschuere_g eothermie_tief_bf.pdf, zuletzt besucht am DRadio-2013Internet: DRadio Wissen: Geothermie, Die Wärme aus der Erde, Betrag vom waerme-aus-der-erde.33.de.html?dram:article_id=10035#, zuletzt Besucht am B.-Ing. Christian Petri37

38 Quellen Energiewelten-2013 aInternet: HEA - Fachgemeinschaft für effiziente Energieanwendung e.V., Lexikon Energiewelten: Geothermische Systeme. zuletzt besucht am Energiewelten-2013 bInternet: HEA - Fachgemeinschaft für effiziente Energieanwendung e.V., Lexikon Energiewelten: Geothermie-allgemein. zuletzt besucht am Energiewelten-2013 cInternet: HEA - Fachgemeinschaft für effiziente Energieanwendung e.V., Lexikon Energiewelten: Geothermie-Aufbau der Erde. zuletzt besucht am B.-Ing. Christian Petri38

39 Quellen Energiewelten-2013 dEnergiewelten-2013 cInternet: HEA - Fachgemeinschaft für effiziente Energieanwendung e.V., Lexikon Energiewelten: Geothermie-Deutschland. zuletzt besucht am LBGR-2013 aInternet: Landesamt für Bergbau, Geologie und Rohstoffe (LBGR) Brandenburg: Geothermie. php/lbm1.c de#, zuletzt besucht am LBGR-2013 bInternet: Landesamt für Bergbau, Geologie und Rohstoffe (LBGR) Brandenburg: Hydrothermale Geothermie. c de, zuletzt besucht am LBGR-2013 cInternet: Landesamt für Bergbau, Geologie und Rohstoffe (LBGR) Brandenburg: Hot Dry Rock Technologie. c de, zuletzt besucht am B.-Ing. Christian Petri39

40 Quellen LBGR-2013 dInternet: Landesamt für Bergbau, Geologie und Rohstoffe (LBGR) Brandenburg: Tiefe Erdwärmesonde. zuletzt besucht am LBGR-2013 eInternet: Landesamt für Bergbau, Geologie und Rohstoffe (LBGR) Brandenburg: Oberflächennahe Geothermie. zuletzt besucht am LBGR-2013 fInternet: Landesamt für Bergbau, Geologie und Rohstoffe (LBGR) Brandenburg: Tiefe Geothermie. zuletzt besucht am Stuth-2009Fachhochschule Nordhausen: Vorlesungs-Skript Geowissenschaftliche Grundlagen, Studiengang Umwelt-und Recyclingtechnik, Sommersemester 2009; unv B.-Ing. Christian Petri40

41 Quellen Stuth-2011Fachhochschule Nordhausen: Vorlesungs-Skript Angewandte Hydrogeologie, Studiengang Umwelt-und Recyclingtechnik, Wintersemester ; unv. Tarbuk,Lutgens-2009Lutgen, F.;Tarbuck, E.: Allgemeine Geologie, 9. Aktualisierte Auflage. Pearson Studium, München, Henningsen, Katzung-2002Henningsen, D.; Katzung, G.: Einführung in die Geologie Deutschlands, 6. überarbeitet Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, Berlin, Schuhmann-1977Schuhmann, W. Steine+Mineralien, BLV Bestimmungsbuch 7, 5. Auflage. BLV Verlagsgesellschaft, München, B.-Ing. Christian Petri41

42 B.-Ing. Christian Petri42 Danke für Ihre Aufmerksamkeit.


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