Projekt 24647/01

Machbarkeitsstudie: Geothermische Energiegewinnung durch zyklische Speicherung von Wasser in Rissen geringpermeablen Gesteins

Projektträger

BUGA - Entwicklungsgesellschaft - Piesberg mbH
Natruper-Tor-Wall
49076 Osnabrück
Telefon: 0541/323-2015

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die durchgeführte Machbarkeitsstudie hatte zum Ziel, im Bereich des Karbons im nördlichen Stadtgebiet von Osnabrück (Piesberg) zu untersuchen, inwiefern eine zyklische Speicherung von Wasser in Rissen des Karbons dieses unter ganz Norddeutschland verbreiteten Gesteins für eine geothermische Energiegewinnung infrage kommen könnte. Die hierfür zur Anwendung angedachte Technologie ist bisher zur geothermischen Energiegewinnung lediglich am Standort der LBEG in Hannover im Buntsandstein er-probt worden. Erkenntnisse über die Anwendung des 1-Loch-Verfahrens im Karbon lagen bis zum Projektbeginn noch nicht vor. Die zu beurteilende Technik an diesem Standort sah in den Vorüberlegungen vor Projektbeginn die Abteufung einer 1500 m tiefen Bohrung bis in relativ wasserundurchlässige Schich-ten des Karbons vor. Durch einen massiven Wasserfrac-Test sollte dann eine ca. 100.000 m² große künstliche Rissfläche im Bereich der Bohrlochsohle geschaffen werden. Der Riss würde dabei als Wär-metauscher in dem etwa 60 Grad heißen Tiefengestein dienen. Allabendlich sollte rund 300 m³ ausgekühltes Wasser in den Riss gepresst werden. Der Riss würde sich dann gegen den Gebirgsdruck aufweiten. Das Wasser würde sich über Nacht erwärmen und am Tage mit über 100 bar an die Oberfläche dringen. Aufgrund der Möglichkeit, grundsätzliche Aussagen zur Einsetzbarkeit dieser Technologie rege-nerativer Energiegewinnung für große Teile Norddeutschlands gewinnen zu können, bot sich die Unter-suchung des Standorts Piesberg in besonderer Weise an, da hier das Karbon seinen nördlichsten Austrittspunkt an der Oberfläche in Deutschland hat und somit ggf. Bohrkosten gesenkt werden könnten. Zu untersuchen war in der Machbarkeitsstudie auch, inwiefern das Vorhaben für eine Demonstration der Nutzung der Tiefengeothermie gegenüber der Öffentlichkeit genutzt werden könnte, in dem Teile des energetischen Potenzials für einen künstlichen Geysir zur Verfügung gestellt werden würden. Auch sollte die Möglichkeit der Nutzung von energetischen Teilmengen für die Beheizung von Gewächshäusern etc. während der hier für 2015 geplanten Bundesgartenschau geprüft werden, für die mehr als 1 Mio. Besucher erwartet wurden. Durch einen anschließenden im Rahmen der Studie zu konzipierenden Langzeitbetrieb sollte demonstriert werden, dass das Geysir-Konzept auch unter Praxisbedingungen energetisch sinnvoll und wirtschaftlich sein kann. Die Ergebnisse sind in einem Abschlussbericht dokumentiert.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenNumerische Modellrechnung
1. Entwicklung eines konzeptionellen thermo-hydraulischen Modells für den untertägigen Wärmetau-scher bestehend aus künstlichem Riss und Bohrung in Zusammenarbeit mit dem GGA. Aufbau eines Finite-Elementes oder Finite-Differenzen-Modells für den untertägigen Wärmetauscher.
2. Durchführung numerischer Modellrechnungen bei tageszyklischem Betrieb zu den Fragestellungen:
¢ Räumlich/zeitliche Entwicklung des Temperaturfeldes und des Fluiddruckes im Rissumfeld
¢ Tages- und langzeitlicher Verlauf der Thermalwassertemperatur am Risseinlass und am Bohrlochkopf sowie der Verlauf der thermischen Leistung am Bohrlochkopf.
¢ Zeitliche Entwicklung der Wasserverluste aus dem Riss unter Vorgabe von Permeabilität, Formationswasserdruck und Rissinnendruck. Die Rechnungen waren für eine 4-jährige Betriebsdauer auszuführen. Die Entwicklung der wesentlichen Parameter sollte auf eine Betriebsdauer von 25 Jahren extrapoliert werden. Zur Abschätzung der Reinjektionstemperatur waren die Wärmeverluste in der Fontäne und im Thermalwasserbecken abzuschätzen.
3. Durchführung einer Energie- und Leistungsbilanzierung (gewonnene thermische Leistungen und Energie gegenüber Pumpleistung und -energie.
4. Grobtechnische Auslegung und Ermittlung der Kosten von: Bohrung, Bohrungsaufbau und Komplettierung (VIT oder ähnliches), Packer (falls nötig), Bohrlochkopf, Beurteilung der Mineralisation und des eventuellen Gasgehaltes des Thermalwassers.
5. Grobtechnische Auslegung und Ermittlung der Kosten von: Hochdruckpumpe, Fontäne, incl. Ventil, Leitungen und Armaturen, Steuerung und Überwachung, Filter, evtl. Wasseraufbereitung. Beurteilung der Mineralisation und evtl. Gasgehalt des Thermalwassers.
6. Angabe energetischer Nutzungs-/Zugewinnmöglichkeiten und evtl. nötiger Konzeptmodifikationen.
7. Abschätzung und Beurteilung der von der Fontäne und dem Thermalwassersee ausgehenden möglichen Umwelteinwirkungen und Formulierung evtl. nötiger Schutzmaßnahmen.
8. Ermittlungen der Investitions- und Betriebskosten sowie der möglichen Einnahmen für den reinen Geysirbetrieb sowie den Geysirbetrieb mit energetischer Zusatznutzung.
9. Bewertung des Geysirkonzeptes für die energetische Nutzung: Angabe von Varianten, Einschätzung des erzielbaren Leistungsbereichs, Benennung der Vor- und Nachteile.
10. Für den Fall, dass die Bohrung nicht nach dem Geysirkonzept betrieben werden kann, sollte ihre Verwendbarkeit als tiefe Erdwärmesonde untersucht werden. Aufzeigen der hierzu nötigen Ausbaumaßnahmen sowie Durchführung einer energetischen und wirtschaftlichen Bilanzierung.


Ergebnisse und Diskussion

Die Ergebnisse sind in einem Abschlussbericht dokumentiert, der sich aus folgenden Einzelbereichen ergibt: Technische Machbarkeitsstudie des Geothermieprojektes GEYSIR, Teil 1 (GTN GmbH), Geologische und hydrogeologische Verhältnisse, Teil 2 (LBEG, Hannover) und Geothermische Untersuchungen, Teil 3 (GGA-Institut, Hannover)


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse des Vorhabens wurden der DBU und dem Fördernehmer am 07.02.2007 seitens der Auftragnehmer präsentiert. Der Öffentlichkeit wurden die Ergebnisse im Rahmen einer öffentlichen Sitzung des Lenkungsausschusses zur Bundesgartenschau am 07.03.2007 im Ratssitzungssaal erläutert. Die Ergebnisse wurden auch in der Berichterstattung der örtlichen Presse über diesen Termin dargestellt. Darüber hinaus fand am 22.03.2007 eine Präsentation der Ergebnisse im Arbeitskreis Runder Tisch CO2 im Stadthaus I, dem Sitz der Umweltverwaltung der Stadt Osnabrück, statt. Kurzfassungen der Studie wurden u. a. den Ratsmitgliedern der Lokalen Agenda 21 zur Verfügung gestellt.


Fazit

Die vorliegende Machbarkeitsstudie hat gezeigt, dass das Konzept Geysir + energetische Nutzung grundsätzlich an dem Standort realisier- und beherrschbar ist. Die berechneten Austrittstemperaturen lie-gen jedoch unter den auf experimentellen Beobachtungen erwarteten Werten. Aufgrund der Brückenfunktion des Osnabrücker Karbons zwischen dem Ruhr-Karbon und dem in Nordwestdeutschland vor-handenen Karbon in einer Tiefe von ca. 4000 m bietet der Standort Piesberg jedoch einzigartige Voraus-setzungen zur Erprobung dieser neuen und prinzipiell kostengünstigen Tiefengeothermie-Technologie. Zukünftig tiefengeothermische Projekte in Niedersachsen könnten daher erheblich von einem derartigen Projekt an diesem Standort profitieren. Ein Anlagenkonzept, bei dem die energetische Nutzung eindeutig im Vordergrund steht, erfordert allerdings noch ergänzende Untersuchungen zum Anlagenkonzept und entsprechende Modelluntersuchungen, um für die Einschätzung der Machbarkeit die gleiche Grundlage zu schaffen, wie sie für das Geysir-Konzept bereits vorliegt. Nach Ansicht der Autoren erscheint daher die Durchführung eines F + E-Vorhabens aufgrund der Ergebnisse der Machbarkeitsstudie unter Berücksich-tigung der gewonnenen Erkenntnisse als sinnvoll und sollte möglichst als PPP-Projekt durchgeführt werden.

Übersicht

Fördersumme

23.682,00 €

Förderzeitraum

28.04.2006 - 28.04.2007

Bundesland

Niedersachsen

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik