Geothermische Technologien für Strom, Wärme und Kälte, Ernst Huenges Arbeitskreis Energie DPG, Bad Honnef, 19.04.07 Geothermische Bereitstellung von Strom, Wärme oder Kälte Strom: Groß Schönebeck Wärme, Kälte: Parlamentsbauten Ernst Huenges GeoForschungsZentrum Potsdam
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Geothermische Technologien für Strom, Wärme und Kälte, Ernst Huenges Arbeitskreis Energie DPG, Bad Honnef, 19.04.07 Geothermische Bereitstellung von Strom,
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Geothermische Technologien für Strom, Wärme und Kälte, Ernst Huenges Arbeitskreis Energie DPG, Bad Honnef, 19.04.07
Geothermische Bereitstellung von Strom, Wärme oder Kälte
Geothermische Technologien für Strom, Wärme und Kälte, Ernst Huenges Arbeitskreis Energie DPG, Bad Honnef, 19.04.07
Geothermische Energie
Chancen:
umweltfreundlich saison- und tageszeitunabhängig ressourcenschonend mit großem Potenzial auch in unseren Breiten
1904 Larderello, Italien:nach Lund (Geo-heat center, Oregon)
Geothermische Technologien für Strom, Wärme und Kälte, Ernst Huenges Arbeitskreis Energie DPG, Bad Honnef, 19.04.07
Geothermische Technologien für Strom, Wärme und Kälte, Ernst Huenges Arbeitskreis Energie DPG, Bad Honnef, 19.04.07
Bereitstellung von ca. 9 GWelektr. und ca. 18 GWtherm. aus Geothermie weltweit
Bedarf an geothermischer Technologie für „non hot spots“
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Planungen in den USA (DOE 2007)
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CommercialPotentially commercial
productivehydrothermal
HotDryRock
*Mechanical, chemical, or thermal stimulation, directional drilling etc.
Suitable for reservoirenhancement*
High Zeronatural permeability
mod.from USGS
Gro
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Entwicklung geothermischer Technologien
• Nutzung Organic Rankine oder Kalina Cycle
Prinzip• Thermalwasserkreis ~ 100 - 200 °C, ~ 2 - 5 km tief
Herausforderung:
• das Reservoir finden
• die Wärme effizient fördern und wandeln
• erschließen und stimulieren
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Hydrothermale Ressourcenin Deutschland
Gebiete mit hydrothermalen Energieressourcen
Gebiete mit potenziellen hydrothermalen EnergieressourcenGebiete ohne nachgewiesene hydrothermale EnergieressourcenGrundgebirge ohne oder unter geringer Sedimentbedeckung
Rostock
Berlin
Hannover
Köln
München
Stuttgart
Hamburg
Leipzig
Dresden
N o r d d e u t s c h e s B e c k e n
ThüringischesBecken
BayrischesMolassebecken
Altheim
Neustadt-Glewe
Groß Schönebeck
Basel
Soultz
Landau
Ober-Rhein-graben
Frankfurt
Unterhaching
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profile line
I-GET Experiment, Site Groß Schönebeck
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Forschungsstandort Groß Schönebeck
• 2 Forschungsbohrungen im Sedimentgestein in • 4.3 km Tiefe bei 150 °C
Was wurde gemacht und erreicht:• erfolgreiche Stimulation der Speichergesteine durch „hydraulic- fracturing“ in 1.Bohrung• 2. Bohrung mit neuem Erschließungs- konzept (großer Durchmesser, geneigter Verlauf und speicherschonender Aufschluss) Ziel: • Nachhaltige Zirkulation mit heißem Tiefenwasser, Steigerung bis zum wirtschaftlich nutzbaren Bereich
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Produktivitätssteigerung (hydraulic fracturing)
• Erzeugung einer Zone erhöhter Permeabilität• Vergrößerung des scheinbaren Bohrlochradius• Überwindung ev. geschädigter Übergangszone im Nahbereich der Bohrung• Verbesserung der Zuflussbedingungen
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waterfrac Nov/Dec 2003
wellbore completion frac string installation
HP triplex pumps 80 l/s bei 500 bar 4000 kW
1500 m³ storage acidization filter systems
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production test Groß Schönebeck 1.12.03
productivity index ~ 14 m³/(h MPa) @ fracture opening/closure pressure enhanced from 0.6 m³/(h MPa)
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Beginn der zweiten Tiefbohrung in
Groß Schönebeck
c Geothermal Education Office
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Komplettierung des Geothermielabors Groß Schönebeck
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Drilling Performance
ROP much less than expected:
• significantly larger diameter
• Insufficient pumping capacity
• improper bit selection
16“ PDC-bit after drilling of 7m unexpectedly abrasive sandstone
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Drilling problems
Total fluid loss during cementation of casing 16“ x 13 3/8“ (density 1450 kg/m³)
To prevent thermally induced casing damage (during production) => squeeze cementation from top - down
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Drilling problems
9 5/8“ liner collapsed after reduction of the mud density from 2000 kg/m³ to 1060 kg/m³
Causes not yet clear:
• Design – according to the rules with an overburden pressure gradient of 2,3
• Casing material – certified quality
• Anisotropic stress due to well inclination of about 20° in connection with anhydrite content of the salt?
Ovality 8 mm
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Remedy for the collapse
Replacement of the collapsed 9 5/8“ liner by a 7“x7 5/8“ liner after sidetracking
Repeated attempts (4 times) to set the mechanical anchor of the whipstock required the modification of the anchor for a reliable operation in mud with 40% baryte content
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Remedy for the collaps
Loss of one casing dimension:
• Adjustment of the borehole design
• 5 7/8“ drilling of the Rotliegend section
• Running and cementing of a combined 5“ liner with an uncemented section of preperforated pipes at the bottom.
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Ausbau Geothermielabor Groß Schönebeck
Vor uns liegende Ziele:1. Fündigkeit für 750 kW-Kraftwerk2. Nachweis der Nach- haltigkeit (Zirkulation)
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Geothermische Stromerzeugung
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Binäranlagen
Einsatzgebiet– Temperatur & Druck des Thermalwassers– Mineralisation des Thermalwassers
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Abschätzung der Erträge
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
50 75 100
Volumenstrom Thermalwasser (m³/h)
Mill
ione
n €
aus Generatorleistungaus Nettoleistung Wasserkühlung
Ohne Kühlturm 8000 Volllaststunden Vergütung nach EEG
(0,15 €/kWh) Betriebskosten nicht
berücksichtigt
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Thermische Untergrundspeicher in Energiesystemen (Parlamentsbauten)
Optimierung der Einbindung der Aquiferspeicher in die Wärme- und
Kälteversorgung der Parlamentsbauten im Berliner Spreebogen
19°C
12°C
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0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
Wär
mel
eist
ung
(kW
)
Zeitdauer in h/a
MHKW- Wärme
Gesamtwärmebedarf
maximale MHKW- Wärme bei kompletter
Deckung des Strombedarfs
MHKW- Wärme in denSpeicher
Wärme aus demSpeicher
Wärme ausSpitzenlastkessel
Direktnutzung derMHKW- Wärme
Stromgeführte KWK: Beispiel Parlamentsbauten
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SommerBela dung des Speichers
W in terEntla dung des Speichers
Verhalten der Aquiferspeicher
Be- undEntladung
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Wärmespeicher
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
2003/2004 2004/2005 2005/2006 Planung Jahr 5
Ener
giem
enge
MW
h
EinspeichernAusspeichern
h=0,62
h=0,53
h=0,76
h=0,77
Energiemengen und Rückgewinnungsgrad
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Der energieeffiziente Betrieb von Versorgungssystemen mit Aquiferspeichern verlangt
die Entwicklung moderner Einsatzstrategien
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Oberflächennahe Geothermie
Erfolgsstory: Zurzeit ca. 1 GWtherm installiert; 100.000 Anlagen, davon 28000
neue im Jahre 2006, das entspricht jedem 10. Neubau
Einsatz von Wärmepumpen notwendig; Jahresarbeitszahlen= Nutzwärme zu Pumpenergie liegen bei 3 Luft und 4 Erde
Saisonale Untergrundspeicherung von Wärme und Kälte in mehreren Beispielen eindrucksvoll demonstriert (z.B. Spreebogen, Rostock,.)
Integration saisonale Untergrundspeicherung in Versorgungsstrukturen mit Berücksichtigung der spezifischen Be- und Entladecharakteristik
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Tiefe Geothermie (Stand/ Tendenzen)
Tiefe Geothermie bietet die Bereitstellung von Strom, Wärme und Kälte in der Grundlast
Technik wird demonstriert für Wärme in Waren, Neustadt Glewe, Erding, Straubing, Unterschleißheim, Riem, Weinheim u.a., Strom in Neustadt Glewe
Nach Brancheneinschätzung befinden sich ca. 50 Anlagen > 10 MWtherm in der Ausbauplanung zur Bereitstellung von Strom und/oder Wärme
Herausforderungen durch hohe Anfangsinvestitionen und Bohr- sowie Fündigkeitsrisiken
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Tiefe Geothermie
Forschung und Entwicklung erforderlich in
Planungssichere Erkundung
Innovativen Bohrtechnologien mit Reduktion von Energie- und Materialverbrauch
Technologien der hydraulischen Stimulation geothermischer Lagerstätten
Effiziente Energiewandlung (z.B. Niedertemperaturwärme in Strom und Kälte)
Demonstration der Technik in verschiedenen geologischen Umgebungen Weiterentwicklung von Technologien, die nicht auf geothermische Anomalien
beschränkt sind mit dem Ziel der Übertragbarkeit und Entwicklung der Exportfähigkeit
Landau 2005Groß Schönebeck 2001
Unterhaching 2004
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National International
In situ geothermal laboratory Groß Schönebeck (1) Development of technologies for the allocation of base load energy from geothermal resources(2) Feasibility of geothermal power production from deep sedimentary hydrothermal resources
Integration of aquifer storage beneath the German Parliament into the energy provision system – optimisation of aquifer integration into the heating and cooling system of German parliament buildings
I-GET: Integrated geophysical explo-ration technologies for deep fractured geothermal systems (STREP)
ENGINE: Enhanced geothermal innovative network for Europe (Coordination Action)
LOWBIN: Efficient low temperature geothermal binary power (STREP)
Schlüsselprojekte der Geothermie
HITI: High Temperature Instrumentsfor supercritical geothermal reservoir characterization and exploitation
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EU-Projekt HITI
• Entwicklung und Bau von Prototypen von Messinstrumenten für heiße Bohrungen
• Methodenentwicklung zur Beobachtung tiefliegender geothermischer Reservoire
HIgh Temperature Instruments for supercritical geothermal reservoircharacterization and exploitation
u.a.Quelle: IDDP
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