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Deep - Forschungsvorhaben

Das Forschungsvorhaben DEEP konzentriert sich vorrangig auf EGS-Systeme. Enhance Geothermal Systems (EGS) nutzen im Gegensatz zu herkömmlichen hydrothermalen geothermischen Systemen geothermische Ressourcen durch hydraulische Stimulation, die die Durchlässigkeit des Reservoirs zur Schaffung eines Wärmetauschers erhöht. Induzierte Seismizität ist also kein unerwünschtes Nebenprodukt, sondern ein notwendiges Werkzeug, um einen Wärmetauscher im kristallinen Grundgestein zu schaffen. Die überwiegende Mehrheit dieser Erdbeben ist so klein, oft als Mikrobeben bezeichnet, dass sie für die Öffentlichkeit nicht wahrnehmbar sind.

Steckbrief

Programm/ Zuschussgeber	EU Geothermica, Horizon 2020
Akronym	DEEP
Titel/ Thema	Innovations fo DE-risking enhanced geothermal energy systems
Identifikation/ Zuwendungsnummer	-
Durchführungszeitraum	09/2020 - 08/2023
Geschätzte Kosten/ Zuwendungsbetrag	Teil Fraunhofer IEG: 600.000 €
Sonstiges	-

Wesentliche Forschungsschwerpunkte

Die Kunst einer erfolgreichen EGS-Stimulation besteht darin, einen wirtschaftlich tragfähigen Wärmetauscher im tiefen Untergrund zu schaffen und gleichzeitig größere und möglicherweise schädliche Erdbeben zu vermeiden. Daher können insbesondere in städtischen Gebieten tiefe geothermische Ressourcen nur dann mit der EGS-Technologie ausgebeutet werden, wenn die induzierte Seismizität kontrolliert und auf ein akzeptiertes Niveau minimiert werden kann. Das Scheitern von Pilot-Projekten wie denen in Basel (Schweiz, 2006) und Pohang (Südkorea, 2017) verdeutlichen, dass bestehende und kommende Geothermieprojekte wie das Haute-Sorne-Projekt in der Schweiz innovative Antworten auf die damit verbundenen Herausforderungen bieten müssen zu induzierter Seismizität und überzeugend demonstrieren zuverlässigere Verfahren zur Bewertung und Kontrolle des seismischen Risikos

Das Gleichgewicht zwischen Risiko und Wirtschaftlichkeit ist daher eine Schlüsselanforderung, und DEEP konzentriert sich stark auf die Optimierung von Überwachungs- und Risikobewertungsverfahren, um die kommerziellen Kosten zu senken und die Sicherheit zukünftiger Projekte zu erhöhen. DEEP wird für großskalige EGS-Systeme eine Echtzeit-Demonstration innovativer Analyseverfahren seismischer Daten, seismischer Vorhersagemodellierung und adaptiver Risikobewertung unter Verwendung des sogenannten Advanced Traffic Light System (ATLS) einrichten. Die konzeptionelle Entwicklung und teilweise Erprobung von ATLS hat bereits im Rahmen der Projekte COSEIMIQ und DESTRESS begonnen. Innerhalb von DEEP werden diese Bemühungen fortgesetzt und neu auf die spezifischen Bedürfnisse eines EGS-Betriebs ausgerichtet, wobei die einzigartigen Möglichkeiten des Utah FORGE genutzt werden, eines internationalen Feldlabors, das gegründet wurde, um eine kontrollierte Umgebung bereitzustellen, in der Forscher auf diesem Gebiet entwickeln, testen und optimieren können EGS-Technologien.

Arbeitspakete

Arbeitspaket 1: Innovation in Sensor- und Verarbeitungstechnologien, um grundlegende Veränderungen bei den Überwachungs- und Bildgebungsfunktionen zu ermöglichen.
Arbeitspaket 2. De-Risking: DEEP entwickelt und testet robuste Echtzeit-Modellierungs- und Risikominderungsstrategien auf der Grundlage von maschinellem Lernen, statistischen und physikbasierten Prognosemodellen. Diese adaptiven und datengesteuerten Risikominderungsinstrumente der nächsten Generation haben das Potenzial gezeigt, die Seismizität während der EGS-Reservoirentwicklung viel genauer vorherzusagen als aktuelle Modelle.
Arbeitspaket 3. Wissenstransfer: Wir werden den Wissenstransfer von anderen Maßstäben und anderen Gebieten zur tiefen Geothermie ermöglichen und nutzen, wie z. B. underground labs (z. B. Bedretto Lab, EGS Collab). DEEP wird dieses reichhaltige Wissen, die Technologien und das physikalische Verständnis auf umfassende tiefe geothermische Energieanwendungen (TRL 5-7) übertragen.
Arbeitspaket 4. Demonstration: Wir werden in groß angelegten und Echtzeitanwendungen das Potenzial und die Grenzen dieser neuen Technologien und Strategien zur Risikominderung demonstrieren. DEEP wird Technologien am geothermischen Standort FORGE und im unterirdischen Feldlabor in Utah (USA) sowie an anderen Demonstrationsstandorten in Deutschland und Frankreich demonstrieren.
Arbeitspaket 5. Good Practice: DEEP wird die nächste Generation von Good-Practice-Richtlinien und -Protokollen definieren, die auf den gewonnenen Erkenntnissen basieren und international harmonisiert werden, und zum ersten Mal eine Open-Source-Toolbox für die EGS-Risikobewertung und das Risikomanagement bereitstellen.

Koopertionspartner

Beschreibung des Fraunhofer-IEG Teils

Der IEG-Teil in DEEP umfasst vier Teile, die eine enge Zusammenarbeit mit den anderen Projektpartnern erfordern. Im ersten Teil werden seismische Stationen auf dem IEG-Campus, bei einem Papierhersteller in Hagen und im unterirdischen In-situ-Labor in Weisweiler, Aachen, eingesetzt. Diese drei Standorte stellen oberflächennahe geothermische Ressourcen dar, die dem Konsortium einen Datensatz liefern, um die Robustheit ihrer Methoden in geringeren Tiefen zu testen. Darüber hinaus unterscheiden sich diese drei Standorte sehr stark in Bezug auf Geologie, seismische Lärmpegel und natürliche tektonische Seismizität. Sie bieten daher eine Vielzahl unterschiedlicher Szenarien, die als repräsentativ für eine Reihe zukünftiger geothermischer Projekte angesehen werden können.

Im zweiten Teil wird ein so genannter Beamforming-Algorithmus auf die an den zuvor genannten Standorten gesammelten Daten und auf Daten angewendet, die an anderen Stationsnetzen des Projekts aufgezeichnet wurden. Beamforming verwendet das aufgezeichnete seismische Rauschwellenfeld, um die seismische Anisotropie und die seismischen Geschwindigkeiten im Untergrund abzuschätzen. Während die Anisotropie unterirdische Strukturen, wie z.B. Verwerfungen, offenbaren kann, ermöglicht die Kenntnis der seismischen Geschwindigkeiten die Charakterisierung des Reservoirs sowie die Lokalisierung und Charakterisierung seismischer Ereignisse.

Im dritten Teil des Projekts wird eine Methode namens Time-Reverse-Imaging (TRI) auf aufgezeichnete seismische Ereignisse angewendet. TRI verwendet numerische Simulationen der Wellenausbreitung, um seismische Ereignisse zu lokalisieren und zu charakterisieren, und eignet sich daher besonders gut für kleinere Ereignisse und solche, die durch Rauschen verdeckt werden. Der Schwerpunkt liegt hier auf der Untersuchung der Anwendbarkeit der TRI in verschiedenen geologischen und seismischen Einstellungen.

Der letzte Teil umfasst die Analyse von repräsentativen Gesteinsproben im Labor zur Charakterisierung des Wirtgesteins des Reservoirs und der umgebenden Gesteine. Diese Informationen werden dazu beitragen, den Ursprung der induzierten Seismizität in verschiedenen geologischen Umgebungen zu verstehen.