Risiken bei der Erschließung von geothermischen Anlagen

Präsentation zum Thema: "Risiken bei der Erschließung von geothermischen Anlagen"—  Präsentation transkript:

1 Risiken bei der Erschließung von geothermischen Anlagen
Björn Schütte Geothermie SS2011

2 Übersicht Risiken Risiken Risiken
Geologische Umweltrisiken Wirtschaftliche Risiken Risiken Björn Schütte

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

4 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

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

6 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

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

8 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

9 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

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

11 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

12 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

13 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

14 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

15 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

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

17 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

18 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

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

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

21 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

22 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

23 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

24 Fragen? Björn Schütte

25 Quellen - 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, Björn Schütte

26 Quellen Björn Schütte