Vulkanismus und Nutzung der Geothermie in der Region Taupo (Neuseeland)

Inhalt: 1. Einführung zur Geologie Neuseelands 2. Geophysikalische Untersuchungen um das geothermische Kraftwerk bei Wairakei 3. Aufbau und Geschichte des Kraftwerks

Geologie Neuseelands Entstehung: Vor ca. 85 Mio. Jahren löste sich ein Stück Land vom südlichen Urkontinent Gondwana. Die heutige Küstenlinie entstand vor ca. 30 Mio. Jahren, als sich die australische Platte über die pazifische Platte schob. Neuseeland ist ein vergleichsweise junges Land was sich durch eine nicht weit fortgeschrittene Erosion bemerkbar macht. Erdbeben: Durch die Plattenbewegungen gibt es In Neuseeland drei größere Störzonen (Ohariu-Verwerfung, die Wairarapa-Verwerfung und die Wellington-Verwerfung). Ca. 14000 Beben werden jährlich registriert wovon jedoch nur 1% spürbar sind. Bauvorschriften in der Hauptstadt Wellington orientieren sich daher auch an Erdbebensicherheit. Vulkanismus: Auf der Nordinsel befinden sich einige der aktivsten Vulkane der Erde (White Island, Mount Ruapehu, Mount Tongariro und Mount Ngauruhoe) Der Lake Taupo ist selbst Überrest eines Vulkanausbruchs aus dem Jahre 186 n.Chr. Die Entleerung der Magmakammer bewirkte eine Absenkung des Bodens woraufhin der See entstand. Nebenerscheinungen des Vulkanismus sind heiße Quellen und Geysire. [Quelle: http://www.studium-neuseeland.com/geologie-neuseeland/ aufgerufen am 20. 7.2010]

Plattengrenzen [Quelle: http://www.astrobio.nau.edu/~koerner/ast180/lectures/pic/cdrom/art_high-res/ ch05/figure-05-05a.jpg aufgerufen am 13.7.2010]

Erdbeben in Neuseeland [Quelle: http://www.geonet.org.nz/images/earthquake/Shallow_Seismicity.png aufgerufen am 20.7.2010]

Geophysikalische Untersuchungen um das geothermische Kraftwerk bei Wairakei Geophysikalische Untersuchungen um den Kraftwerksstandort dienen folgenden Zwecken: Erforschung der unterirdischen Ausdehnung des geothermischen Systems Überwachung der Veränderungen im System durch die Förderung des Thermalwassers (Druck, Temperatur und mineralische Zusammensetzung des Fluides) Methodik: Elektrische Widerstandsmessung Magnetische Messungen Gravitationsmessungen Seismische Messungen

Satellitenaufnahme des Kraftwerkgebiets bei Wairakei Bohrfeld [Quelle: Google Earth aufgerufen am 20.7.2010] Poihipi Kraftwerk Craters of the Moon Waikato River

Elektrische Widerstandsmessung des Untergrunds Erste Geoelektrische Messungen starteten in den frühen 60er Jahren. Mit Elektroden wird ein definierter Strom in den Untergrund gespeist und an anderer Stelle die über dem Untergrundwiderstand abfallende Spannung gemessen. Salzhaltige Thermalwasserlagerstätten weisen einen niedrigen spezifischen Widerstand auf. Für die ersten Messungen kam das sog. Wenner Verfahren zum Einsatz. Abstand der Elektroden betrug 550m.

Elektrische Widerstandsmessung (Wenner) 1965 [Quelle: T.M. Hunt et al.: „Geophysical investigations of the Weirakei Field“, Geothermics 38, S. 80, 2009]

Elektrische Widerstandsmessung (Schlumberger) 1984 [Quelle: T.M. Hunt et al.: „Geophysical investigations of the Weirakei Field“, Geothermics 38, S. 81, 2009]

Messung der magnetischen Flussdichte Magnetische Untersuchungen wurden schon Anfang der 50er mit Flugzeugen durchgeführt Gemessen wird dabei der Unterschied des lokalen Magnetfeldes zum Erdmagnetfeld Man geht davon aus, dass durch hohe Temperaturen und hydrothermaler Interaktion mit dem Gestein eine Entmagnetisierung stattfindet. Magnetische Anomalien werden in nT (Tesla) angegeben, die Magnetisierung eines Körpers in A/m.

Messung der magnetischen Flussdichte [Quelle: T.M. Hunt et al.: „Geophysical investigations of the Weirakei Field“, Geothermics 38, S. 89, 2009]

Interpretation der Magnetfeldmessung [Quelle: T.M. Hunt et al.: „Geophysical investigations of the Weirakei Field“, Geothermics 38, S. 90, 2009]

Messung von Schwerebeschleunigungsanomalien Schwereanomalien können um bis zu 0.02% der durchschnittlichen lokalen Fallbeschleunigung schwanken Ursache der Anomalien sind unterschiedliche Dichten im Untergrund oder der Erdmantelmächtigkeit. Die Messungen von Anomalien der Schwerebeschleunigung werden in mGal (Galileo Galilei) angegeben. (1 Gal = 1 cm/s² = 0,01 m/s²) Mit dieser Methode wurden ca. 1000 Messungen durchgeführt. Die Ergebnisse waren jedoch nicht Erfolgversprechend. Einige Annahmen von Wissenschaftlern auf Basis dieser Messungen wurden später durch Bohrungen wiederlegt. [Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Gravimetrie aufgerufen am 22.7.2010]

Messung von Schwerebeschleunigungsanomalien [Quelle: T.M. Hunt et al.: „Geophysical investigations of the Weirakei Field“, Geothermics 38, S. 91, 2009]

Das Geothermiekraftwerk bei Wairakei Geschichtlicher Überblick: Erkundungs-, Planungs- und Aufbauphase des Kraftwerks (192 MWel): 1948 – 1963 Netzanschluss und Inbetriebnahme der Turbinen: 1958 Fertigstellung des Poihipi Kraftwerks (55 MWel): 1997 Einrichtung von Injektionsbohrungen: 1998 (30% des geförderten Fluides werden Reinjeziert) Fertigstellung des ORC Kraftwerks (28 MWel): 2005 Sonstige Daten: Durchschnittliche Bohrlochtiefe: 600m Ausdehnung der Förderbohrungen: 12km² Anzahl der Bohrungen bis heute: über 200

Druckverteilung des geförderten Dampfes [Quelle: Paul F. Bixley et al: „Evolution of the Wairakei geothermal reservoir during 50 years of production“ Geothermics 38 , S 150, 2009]

Druckveränderung am Eingang der HD Turbine [Quelle: Ian A. Thain et al: „Fifty years of geothermal power generation at Wairakei“, Geothermics 38 S.57, 2009]

Temperaturverteilung in 600m Tiefe [Quelle: Paul F. Bixley et al: „Evolution of the Wairakei geothermal reservoir during 50 years of production“ Geothermics 38 , S. 152, 2009]

Kraftwerksplan von 1963 [Quelle: Ian A. Thain et al: „Fifty years of geothermal power generation at Wairakei“, Geothermics 38 S.55, 2009]

Trennung von Kondensat und Dampf [Quelle: Ian A. Thain et al: „Fifty years of geothermal power generation at Wairakei“, Geothermics 38 , S.52, 2009]

Das ORC Kraftwerk von 2005 [Quelle: Ian A. Thain et al: „Fifty years of geothermal power generation at Wairakei“, Geothermics 38 , S.61, 2009]

Schwierigkeiten im Betrieb des Kraftwerks Mineralien und gelöstes H2S und CO2 verursachen Korrosion in den Rohrleitungen Ablagerungen von Magnetit Kristallen in den Rohrleitungen Druck- und Temperaturabfall des Thermaldampfes Umweltveränderungen durch Absenkungen (Craters of the Moon) Umweltverschmutzungen durch die Einleitung des gekühlten Thermalwassers in den Waikato River (Arsen)

Outlook: Für 2011 – 2016 wurde vorgeschlagen den bisherigen Turbinen bestand durch drei 80 WM Blöcke zu ersetzten. Die Gesamtkapazität soll bis 2028 auf 310 MW erhöht werden. Der Betrieb soll bis 2045 andauern.

Photo: Geothermiekraftwerk Wairakei [Quelle: Ian A. Thain et al: „Fifty years of geothermal power generation at Wairakei“, Geothermics 38 , S.50, 2009]

Photo: Bohrfeld mit Kondensat-Dampf Separatoren

Photo: Dampfleitungen mit Ausdehnungsmöglichkeit

Photo: Craters of the Moon (1)

Photo: Craters of the Moon (2)

Quellen: Ian A. Thain et al: „Fifty years of geothermal power generation at Wairakei“, Geothermics 38 , 2009 Paul F. Bixley et al: „Evolution of the Wairakei geothermal reservoir during 50 years of production“, Geothermics 38 , 2009 T.M. Hunt et al.: „Geophysical investigations of the Weirakei Field“, Geothermics 38, S. 80, 2009