Risiken bei der Erschließung von geothermischen Anlagen Björn Schütte Geothermie SS2011

Übersicht Risiken Risiken Risiken Geologische Umweltrisiken Wirtschaftliche Risiken Risiken Björn Schütte

Lagerstättentemperatur Thermalwasserförderrate Geologische Risiken Lagerstättentemperatur Thermalwasserförderrate Physikalische Eigenschaften des Gesteins Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen Verkarstungen Erdbeben Bohrlochstabilität Björn Schütte

Lagerstättentemperatur Durch Bohrungen erkundet Geologische Risiken Lagerstättentemperatur Durch Bohrungen erkundet (meist durch Industriebohrungen) In 2000m Tiefe Norddeutsches Becken, Oberrheingraben und Molassebecken gut erkundet >80°C Heizen >120°C Verstromung Leibniz Institut für angewandte Geophysik, Hannover Größere Tiefen nicht erschöpfend erkundet. Björn Schütte

Lagerstättentemperatur Risiko besteht in größeren Tiefen Geologische Risiken Lagerstättentemperatur Risiko besteht in größeren Tiefen in 3000m Tiefe Oberrheingraben nur noch mäßig erkundet Björn Schütte

Thermalwasserförderrate (Hydrothermale Geothermie) Geologische Risiken Thermalwasserförderrate (Hydrothermale Geothermie) Schichten mit großer Durchlässigkeit Schichten müssen Wasser führen (Aquifere) Oberrheingraben Oberer Muschelkalk Mittlerer Buntsandstein Norddeutsches Becken Unterkreide Sandsteine Dogger Sandsteine Molassebecken Malm Björn Schütte

Thermalwasserförderrate (Hydrothermale Geothermie) Geologische Risiken Thermalwasserförderrate (Hydrothermale Geothermie) Garching-Sauerlach ca. 30km Björn Schütte

Physikalische Eigenschaften des Gesteins Geologische Risiken Physikalische Eigenschaften des Gesteins Wärmeleitfähigkeit gibt an wie schnell die entzogene Wärme nachgeführt werden kann Bei geringerer Wärmeleitfähigkeit als erwartet, muss die Förderrate reduziert werden Gestein Wärmeleitfähigkeit l [W/(m·K)] Kalkstein 2-2,5 Sandstein 1,8-5 Dolomite 2,2-5,3 Quarzite 3,5-7 Delta z – vertikale Ausdehnung des von einem Wärmestrom aus dem Erdmittelpunkt durchflossenen Gebirgskörpers Delta T – Temperaturgradient im Gestein meistens bezogen auf die unbeeinflusste Temperatur ca. 10m unter GOK (ca. 10°C) Björn Schütte

Physikalische Eigenschaften des Gesteins Geologische Risiken Physikalische Eigenschaften des Gesteins Wärmestrom ist oft zu klein um die entzogene Wärme auszugleichen. Es wird gespeicherte Wärme genutzt. Spezifische Wärmekapazität Geothermische Anlagen sind also nur für einen gewissen Zeitraum nutzbar. (meist mehrere Jahrzehnte) Gestein Spezifische Wärmekapazität [J/(kg·K)] Kalkstein 740 Sandstein 710 Dolomite 950 Quarzite 840 Besser Anlage so dimensionieren, dass Gleichgewicht herrscht Björn Schütte

Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen Erdöl  Umweltgefährdung Geologische Risiken Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen Erdöl  Umweltgefährdung Erdgas  Explosionsgefahr Golf von Mexiko Erdöl  hoher Spülaufwand Björn Schütte

Trinkwasserschutz problematisch Geologische Risiken Verkarstungen Trinkwasserschutz problematisch Probleme beim Hinterfüllen der Verrohrung Zementationsverluste Thermalwasser kann jedoch besser Nachgeführt werden Grundwasser kann beim abteufen der Bohrung verunreinigt werden (Trübungen und mikrobiologische Verunreinigungen) Karst – in Karbonatgestein, entsthet durch korrosion ( Wasser und CO2 müssen vorhanden sein, z.B. durch Haarrisse) Kalkstein wird gelöst Björn Schütte

Petrothermale Anlagen  Aufbrechen des Gesteins (HDR) Geologische Risiken Erdbeben Petrothermale Anlagen  Aufbrechen des Gesteins (HDR)  Erzeugung von künstlichen Rissen  Schlagartige Vergrößerung  Erschütterung unvermeidbar Beispiel: Depp Heat Mining Basel (2006) - 3,4 Richterskala ca. 2,5 Mio Euro Schaden Björn Schütte

Hydrothermale Anlagen Reinjizierung des abgekühlten Wassers Geologische Risiken Erdbeben Hydrothermale Anlagen Reinjizierung des abgekühlten Wassers Erhöhung des Porenfluiddruckes Herabsetzung der Scherfestigkeit Bei hohen tektonischen Spannungen folgt der Bruch Beispiel: Geothermiekraftwerk Landau (2009) - 2,5 Richterskala - Entstandener Schaden noch nicht abschließend geklärt Björn Schütte

Bohrlochstabilität (Tiefbohrungen) Geologische Risiken Bohrlochstabilität (Tiefbohrungen) - Tritt bei Tonen auf (geringe Durchlässigkeit k<10-8m/s) Dynamische Schwankungen des Porenfluiddruckes während des Bohrens  Entfestigung Spannungsänderung durch Abschalten der Pumpen Spannungskonzentrationen am Bohrlochrand Porenfluiddruckabsenkung  Bohrlochrandausbrüche Porenfluiddruckerhöhung  Bohrlochverengung Beispiel: Offenbach  Projekt gestoppt Porendruckabsenkung z.B. durch Risse oder Klüfte  lithostatische Porendruck fällt auf hydrostatischen Druck ab  Extensionsrisse Ausbrüche Porendruckerhöhung, bedingt durch Bohrspülung Bohrlochverengung Offenbach an der Queich (Französische Grenze) Projekt wegen Bohrlochinstabilitäten gestoppt Björn Schütte

Bohrlochstabilität (Tiefbohrungen) - Bohrlochrandausbrüche Geologische Risiken Bohrlochstabilität (Tiefbohrungen) - Bohrlochrandausbrüche Sprödes Gestein z.B. Tonschiefer Rissbildung - Bohrlochverengung Duktiles Gestein z.B. Ton Quellen durch Zustandsänderung Bohrlochverengung  Werkzeug kann nur schwer oder gar nicht mehr geborgen werden. Bohrlochausbrüche  Gefahr von wieder Schließung des Bohrloches Björn Schütte

- Trinkwassergefährdung Freisetzung von gespanntem Grundwasser Umweltrisiken - Trinkwassergefährdung Freisetzung von gespanntem Grundwasser Freisetzung von Gasen Björn Schütte

Trinkwassergefährdung Obere Grundwasserstöcke oftmals Umweltrisiken Trinkwassergefährdung Obere Grundwasserstöcke oftmals schon sehr stark verschmutzt Durch Bohrungen können verschieden Grundwasserstöcke miteinander verbunden werden Bohrungen in WSG in der Regel unzulässig. Es gibt jedoch Ausnahmen Björn Schütte

Trinkwassergefährdung Gefahr durch Wärmeträgermedium Umweltrisiken Trinkwassergefährdung Gefahr durch Wärmeträgermedium wie z.B. Glykol (WGK 1) oder Wasser-Ammoniak-Gemische (WGK 2) Bohrungen in den Schutzzonen I und II generell unzulässig In der Schutzzone III zulässig, bei Ausschluss einer Gefährdung WGK 1 – Wassergefährdungsklasse 1 schwach wassergefährdend WGK 2 – Wassergefährdungsklasse 2 wassergefährdend Schutzzone I – Fassungsbereich des Brunnens Schutzzone II – Engere Schutzzone (Fließzeit von der Grenze der engeren Schutzzone bis zum Brunnen mindestens 50 Tage) Schutzzone III – Weiteres Schutzzone Björn Schütte

Freisetzung von gespanntem Grundwasser Umweltrisiken Freisetzung von gespanntem Grundwasser hydraulisches Potential liegt höher als die Grundwasseroberfläche undurchlässige Schichten erforderlich Björn Schütte

Freisetzung von gespanntem Grundwasser Umweltrisiken Freisetzung von gespanntem Grundwasser Bohrtiefe 130m Durchfluss: Bis zu 6m³/min Hessisches Finanzministerium (2009) Björn Schütte

Freisetzung von Schwefelwasserstoff  Geruch nach „faulen Eiern“ Umweltrisiken Freisetzung von Gasen Freisetzung von Schwefelwasserstoff  Geruch nach „faulen Eiern“  Reizt die Augen und die Atemwege Beispiel: Island, nah Reykjavik Zulässige Werte der WHO mehrmals überschritten Bei ungünstigen Windverhältnissen zieht Schwefelwasserstoff nach Reykjavik. Bei Kontakt mit Schleimhäuten bilden sich Alkalisulfide  reizend. Es kann sich Wasser in der Lunge bilden Langzeitwirkung: Schwefelwasserstoff steht im Verdacht Herz- Kreislauferkrankungen hervor zurufen Björn Schütte

Wirtschaftliche Risiken Versicherungskonzept S der geologischen und der Umweltrisiken ist proportional zum wirtschaftlichen Risiko Versicherer Marsh bietet Versicherung für das gesamte Projekt an. - Bohrschäden - Fündigkeit - Errichtung Jedoch nur von der Bohrung bis zum Betrieb Björn Schütte

Wirtschaftliche Risiken Versicherungskonzept Eine in der gesamten Lebensdauer gleichbleibende Thermalwasserförderrate und Lagerstättentemperatur ist zur Zeit nicht versicherbar Es verbleibt ein Restrisiko Zudem ist es wirtschaftlich evtl. sinnvoller nur einzelne Risiken zu versichern Björn Schütte

Fragen? Björn Schütte

Quellen http://www.geothermie.de/wissenswelt/geothermie/einstieg-in-die-geothermie/risiken.html http://de.wikipedia.org/wiki/Geothermie http://www.erdwaerme-zeitung.de/meldungen/zdf-sendung---chancen-und-risiken-der-geothermie-11245789541.php www.life-needs-power.de/2003/pdfs/030407_10.00.pdf - Martin Witthaus , Christof Lempp: Versuche zu Porendruckschwankungen durch bohrtechnische Einflüsse und zeitabhängige Veränderungen in tonsteinführenden Formationen, Martin-Luther Universität Halle-Wittenberg Th. Röckel, Chr. Lempp: Der Spannungszustand im Norddeutschen Becken, www.doobybrain.com/.../05/Horizon-Fire-2.jpg www.bine.info/typo3temp/pics/c375b95c8e.jpg Björn Schütte

Quellen http://www.klimaretter.info/wirtschaft/hintergrund/8876-island-erdwaerme-stinkt-zum-himmel http://www.ee-news.ch/de/erneuerbare/article/19813/geothermie-basel-erschuetterungen-mit-breitenwirkung http://de.wikipedia.org/wiki/Stromgestehungskosten http://www.geothermie.de/wissenswelt/geothermie/einstieg-in-die-geothermie/risiken.html http://www.stua-he.nrw.de/projekte/aktuell/imgs/schutzzonen.jpg Björn Schütte