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Sitzungsübersicht
Sitzung
F 15 Neue Vorhaben zur Umsetzung der Wärmewende
Zeit:
Donnerstag, 02.12.2021:
14:00 - 15:40

Chair der Sitzung: Sven Fuchs, Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
Virtueller Veranstaltungsort: Raum 3
Sitzungsraum

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Präsentationen
14:00 - 14:20

Technische und organisatorische Vorbereitungen für das Tiefengeothermievorhaben am Standort Weisweiler

Thomas Oswald1, Jens Hannes1, Martin Salamon2, Frank Strozyk3, Thomas Reinsch3

1RWE Power AG, Köln - Essen; 2Geol. Dienst NRW, Krefeld; 3Fraunhofer Institution für Energieinfrastrukturen und Geothermie, Aachen - Bochum

Mit dem Interreg NWE-Projekt „DGE-Roll out NWE“ wurde das Netzwerk geschaffen, auf eine Nutzung der karbonatischen Formationen des U-Karbons und M-Devons für die Tiefengeothermie in Nordwesteuropa hinzuarbeiten. Einer der Pilotstandorte, der Kraftwerkstandort Weisweiler der RWE Power AG, soll darüber hinaus zu einem Entwicklungsstandort bzw. Reallabor in NRW ausgebaut werden. Hierzu wird der Fraunhofer Institution für Energieinfrastrukturen und Geothermie (Fh-IEG) am Kraftwerksstandort ein 2 ha großes Grundstück bereitgestellt. Für diese Zusammenarbeit wurde eine Rahmenvereinbarung zwischen der Fraunhofer Gesellschaft und RWE Power AG entworfen, die ausgehend von einer ersten Erkundungsbohrung die Entwicklungsabsicht bis hin zu einem Forschungskraftwerk (Energetikum) beschreibt. Ein weiterer wichtiger Partner für dieses Vorhaben ist der Geologische Dienst NRW, der aus der Landeserkundung ein 3D-Untergrundmodell erstellt hat, als Grundlage für weitere Erkundungsarbeiten.

Im ersten Schritt soll durch die Fh-IEG eine bis zu 1.500 m tiefe Erkundungsbohrung abgeteuft werden. Ziel ist, das bestehende Untergrundmodell an Hand der Bohrergebnisse zu validieren bzw. zu aktualisieren. Für diese Bohrung liegt die Aufsuchungserlaubnis vor. Die UVP-Vorprüfung hat ergeben, dass keine UVP erforderlich ist. Das Hauptbetriebsplanverfahren ist eingeleitet. Parallel erfolgen Ausschreibung und Vergabe für die Bohrung sowie die Errichtung des ca. 3.500 m² großen Bohrplatzes. Diese Arbeiten sollen bis Ende des Jahres abgeschlossen werden, so dass zu Beginn 2022 die Erkundungsbohrung abgeteuft werden kann.

Der Standort Weisweiler liegt in einer Erdbebenzone 3 und damit in einer der seismisch aktivsten Zone Deutschlands. Um frühzeitig Veränderungen durch die Geothermie-Aktivitäten zu erfassen, wird ein Bodenbewegungsmonitoring und ein seismologisches Messnetz eingerichtet. An Hand dieser Messnetze können die Verhältnisse vor, während und nach den jeweiligen Explorationstätigkeiten erfasst werden.



14:20 - 14:40

Zweite Förderphase Verbundforschungsprojekt Geothermie-Allianz Bayern

Maximilian Keim, Markus Loewer

Technische Universität München, Munich School of Engineering; Lichtenbergstraße 4a, 85748 Garching

Bayern stellt den Hotspot der tiefengeothermischen Nutzung in Deutschland dar, was anhand der zunehmenden Anzahl umgesetzter und in Planung befindlicher Projekte deutlich wird. Um die Wirtschaftlichkeit der Technologie weiter zu erhöhen, muss das geothermische Potential ganzjährig so effizient und intelligent wie möglich genutzt werden.

Der standortübergreifende universitäre Forschungsverbund „Geothermie-Allianz Bayern“ (GAB) hat sich in seiner ersten Laufzeit von 2016-2020 etabliert und konnte zahlreiche Fragen der Tiefengeothermie erfolgreich beantworten. Nichtdestotrotz gibt es zentrale Forschungsfragen welche adressiert werden müssen, weshalb der Verbund bis Ende 2024 fortgeführt und ausgebaut wird. Durch die Aufnahme der Ludwig-Maximilians-Universität München sowie der Hochschule München in das bisherige GAB-Konsortium aus Technische Universität München, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg und der Universität Bayreuth, wird zusätzliche Expertise bei der Bearbeitung wissenschaftlicher Fragestellungen in der Tiefengeothermie gebündelt. Die GAB wird vom Bayerischen Ministerium für Wissenschaft und Kunst gefördert.

Auf dem diesjährigen DGK werden die zentralen Forschungsthemen der zweiten Förderphase komprimiert vorgestellt, um einen Überblick über die Aktivitäten des Forschungsverbunds zu geben.

Das Projekt ist in vier Teilprojekte sowie einen Masterstudiengang „GeoThermie/GeoEnergie“ eingeteilt. Das übergeordnete Ziel ist es, die Ressource langfristig und sicher zu fördern, um nachhaltig davon zu profitieren. So sollen in der zweiten Projektlaufzeit geothermische Anlagenkomponenten weiter optimiert und z. B. die Nutzung der geothermischen Energie im Kontext der Trigeneration (Strom-Wärme-Kälte) gestärkt werden. Durch die Entwicklung eines neuartigen, effizienten Pumpenmotors soll der Stromverbrauch der Thermalwasserpumpe gesenkt und dadurch die Wirtschaftlichkeit der Anlagen erhöht werden.

Die detaillierte Auswertung von Daten aus erfolgreichen und gescheiterten Geothermieprojekten dient der weiteren Charkterisierung des geothermischen Reservoirs und der darüber- und unterlagernden Schichten mit dem Ziel, geothermische Prognosemodelle zu verfeinern und Risiken bei Bohrungen sowie der allgemeinen Fündigkeit zu minimieren. Die Erkenntnisse der Reservoircharakterisierung werden in neu entwickelte Tools für ein ganzheitliches Reservoirmanagement einfließen.

Durch einen Vergleich von Daten aus dem bayrischen Seismik-Überwachungs-Netzwerk mit geothermischen Betriebsdaten soll die Möglichkeit empfindlicher Prognosetools eruiert werden, welche spürbare seismische Ereignisse im Idealfall verhindern sollen. Den zentralen Fragen der Gesellschaft nach der CO2-Einsparung gegenüber herkömmlichen Energieträgern, wird unter anderem durch umfassende Ökobilanzierungen geothermischer Anlagen und Wärmenetzen Rechnung getragen.

Neben der Erforschung der hydrothermalen Ressourcen soll weiter das geothermische Potential Nordbayerns intensiv untersucht werden. Hierfür wird der Haßfurter Granit, welcher in der ersten Laufzeit durch 2-D Seismik als mögliches Target für eine Pilotanlage im Kristallin ausgemacht wurde, durch den Einsatz weiterer geophysikalische Methoden charakterisiert und durch Durchlässigkeit-Analysen mit Hilfe eines Feldlabors einer genauen Prognose seiner geothermischen Nutzung unterzogen .

Weiterhin soll die Anbindung an nationale und internationale Geothermie-Forschungsinstitute verstärkt und der Wissenstransfer durch anwendungsnahe Forschung zusammen mit gezielten Veranstaltungen, wie Workshops und Informationsveranstaltungen garantiert werden.

Die Fortsetzung des GAB-Forschungsverbundes soll dazu führen, dass die Tiefengeothermie in Zukunft in den Energiebilanzen eine größere Rolle spielt und das Potential weiter ausgeschöpft wird, um so die Energiewende voranzutreiben.



15:00 - 15:20

BoostGeotherm.Bayern: Entwicklung der Porendruck-Datenbank „BPM“ zur Minimierung des Bohrrisikos und Prognose der Bohrlochstabilität im Bayerischen Molassebecken

Daniel Bohnsack1, Michael Drews1, Oliver Heidbach2,3

1Technische Universität München, Geothermal Technologies, Arcisstraße 21, 80333 München; 2Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ; 3TU Berlin, Institut für Angewandte Geowissenschaften, Ernst-Reuter Platz 1, 10587 Berlin

Die hydrothermale Tiefengeothermie im Bayerischen Molassebecken ist bereits fester Bestandteil der erneuerbaren Energien-Landschaft in Süd-Bayern. Mittlerweile wurden weit mehr als 20 Projekte erfolgreich zur Wärmeversorgung und/oder Stromerzeugung umgesetzt und weitere Projekte sind aktuell in Planung. Ein zentraler Aspekt bei der Standortentwicklung ist die Bohrlochstabilität. Allerdings variieren im Bayerischen Molassebecken die Porendruck- und Spannungszustände regional, so dass eine optimale und individuelle Auslegung des Bohrdesigns für eine wirtschaftliche und sichere Niederbringung der Bohrung eine Herausforderung ist. Besonders im südlichen und südöstlichen Teil des Molassebeckens wurden häufig Porendrücke angetroffen, die das hydrostatische Druckniveau deutlich übersteigen (Überdruck) und zu einem erhöhten Bohrrisiko und –kosten beitragen können, sofern diese Überdruckzonen nicht bereits während der Bohrplanung bekannt sind.

Für diese Aufgabe sind Daten zur Orientierung und den Magnituden des Spannungstensors notwendig, sowie der Porendruck. Die ersten beiden Größen sind im Rahmen des World Stress Map Projektes (WSM) und einer Datenbank zu Spannungsmagnituden für Deutschland mit einer geprüften Datenqualität bereits verfügbar. Für den Porendruck, der bei der Definition des Bohrfensters eine zentrale Rolle spielt, fehlt bisher eine solche systematische Kompilation und Beurteilung. Die neue Porendruck-Datenbank „BPM“ (Bavarian Pore Pressure Map) umfasst u.a. die Auswertung von Bohrparametern, geophysikalischen Bohrlochmessungen und Drucktesten in so genannten „post drill“ Analysen an Bestandsbohrungen, um den vorherrschenden Porendruck in den verschiedenen Bohrsektionen abzuleiten. Häufig sind direkte Messverfahren für eine quantitative Porendruckbestimmung nicht vorhanden, unvollständig oder die Qualität der Daten ist unzureichend, weshalb vermehrt auch auf indirekte Messverfahren (z.B. Modelle aus Bohrparametern und Bohrlochmessungen) zurückgegriffen werden muss. Für die BPM muss daher auch eine Güteklassifizierung der erhobenen Porendruckdaten mit einer Evaluierung der verwendeten Methode und der Qualität/Vollständigkeit der zur Verfügung stehenden Datenbasis erfolgen.

Die Informationsbasis zu den Porendrücken im Untergrund von Bayern soll nicht nur Porendruckdaten enthalten, sondern auch damit verbundene Bohrprobleme dokumentieren. Weiterhin soll ein webbasierter Service entwickelt werden, der die Porendruckdatenbasis bereitstellt. Die BPM wird somit eine verbesserte Bohrplanungsgrundlage für zukünftige Tiefbohrungen in Bayern zur Verfügung stellen.



15:20 - 15:40

GeoFern Projektvorstellung: Geothermische Fernwärmeversorgung in Berlin

Ali Saadat, Ben Norden, Stefan Kranz, Guido Blöcher, Simona Regenspurg

Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ, Deutschland

Die Wärmeversorgung von Städten ist eine Schlüsselfrage für die Wärmewende bzw. der Dekarbonisierung. Um dieses Ziel erreichen zu können, sind tragfähige Konzepte für eine zukunftsfähige und nachhaltige Wärmeversorgung notwendig. Ein wichtiger Aspekt bei solchen Konzepten ist die Speicherung thermischer Energie, insbesondere die Langzeitspeicherung. Die Speicherung thermischer Energie in Aquiferen bietet hierfür sehr gute Vorrausetzungen, insbesondere für die Speicherung großer Energiemengen im GWh-Bereich.

In der aktuellen Situation sind ambitionierte Demonstrationsprojekte im vorwettbewerblichen Bereich notwendig. Die Herausforderung ist, Hemmnisse für Investoren abzubauen und eine Marktreife vorzubereiten.

Das Forschungs- und Demonstrationsvorhaben GeoFern des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ (Sektion Geoenergie) in Kooperation mit der BTB Blockheizkraftwerks- Träger -und Betreibergesellschaft mbH Berlin adressiert genau das. Die Ziele des Vorhabens sind: (1) das Fündigkeitsrisiko für geeignete Horizonte, die als thermische Aquiferspeicher im Berliner Stadtgebiet genutzt werden können, zu reduzieren und (2) die planerischen Grundlagen zur effizienten Systemintegration für einen verlässlichen und sicheren Betrieb in die Berliner Fernwärmeversorgung zu liefern. Hierfür werden innovative Erkundungsmethoden eingesetzt sowie eine Erkundungsbohrung abgeteuft. Dabei sollen auch genehmigungsrechtliche und administrative Hürden durch die Beteiligung lokaler Akteure aus Wirtschaft, Politik und Wissenschaft überwunden werden.

Die Erkundungsbohrung wird als Vertikalbohrung bis in eine voraussichtliche Endteufe von etwa 650 Metern abgeteuft. Die Zielhorizonte liegen in jurassischen und triassischen Formationen. Es ist dabei geplant, im sogenannten Seilkernbohrverfahren bis zu 250 Meter Bohrkerne für wissenschaftliche Untersuchungen zu gewinnen. Die Bohrung wird von einem umfangreichen Mess- und Probenahmeprogramm begleitet, auf dessen Basis die geologische und hydraulische Charakterisierung des Untergrundes ermöglicht wird.

Die Geländeuntersuchungen umfassen Messungen an Bohrkernen zur geologischen Klassifizierung und zur Bewertung ihrer Durchlässig- und Speicherfähigkeit. Ausgewählte Proben werden anschließend für das Labor präpariert. Hier erfolgt dann die Analytik zur Bestimmung der mineralogisch-geochemische Zusammensetzung, der Korngrößenverteilung und des Porenraums des Gesteins. Durchströmungsexperimente und die Bestimmung weiterer gesteinsphysikalischer Parameter sowie mikropaläontologische Untersuchungen ergänzen das Untersuchungs-spektrum. Anschließende Förderteste an der Bohrung liefern Informationen zu den hydraulischen, geochemischen Eigenschaften des Aquifers, wobei auch die Reaktivität des Aquiferspeichers und der Einfluss der Temperatur auf den Untergrund bzw. auf die chemischen Reaktionen und die mikrobielle Gemeinschaft erfasst werden. So können sämtlich Fluid-Gesteins-Wechselwirkungen bei Speicherprozessen erforscht und ggf. der Speicherbetrieb optimiert werden.

In einer Gesamtsystembetrachtung werden die geowissenschaftlichen Ergebnisse vom Untergrund und die energietechnischen Betrachtungen zusammengeführt und aus wirtschaftlicher Sicht bewertet. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse wird ein thermischer Aquiferspeicher geplant, der bisher nicht genutzte, regenerativ erzeugte Überschusswärme speichern soll. Die Überschusswärme stammt aus einem Holzheizkraftwerk, fällt überwiegend in den Sommermonaten an und soll dem Fernwärmenetz in den Wintermonaten wieder zur Verfügung gestellt werden.



 
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