Gelegentlich werden bei geothermischen Systemen konventionelle von unkonventionellen Systemen unterschieden. Dies scheint zunächst wenig sinnvoll, da ja Systeme die heute noch nicht üblich oder weit verbreitet sind und so als unkonventionell angesehen werden in Zukunft durchaus üblich und damit konventionell sein können. Da diese Begriffe jedoch vielfach angewendet werden sollen sie hier erläutert werden.
Konventionelle geothermische Systeme werden auf Grundlage ihrer Reservoirtemperaturen, Enthalpie und ihres physikalischen Zustands definiert, unabhängig von tektonischen Kontexten, sedimentären oder vulkanischen Reservoirgesteinsarten. Ihre üblichen Klassifizierungen, geologischen Kontexte und Oberflächenerscheinungen sind wie folgt:
Bei einer Reservoirtemperatur von meist <100 °C und selten bis zu 120˚ °C sind sie im Allgemeinen < 3 km tief und konvektiv. Die Flüssigkeit hat eine niedrige Enthalpie, meist frisches Grundwasser, aber auch Meerwasser oder Salzwasser, das in Evaporiten zirkuliert. LT-Geothermiewasser ist alkalisch, reich an Natrium (Na), Kalium (K), Kalzium (Ca), Magnesium (Mg), SO4, HCO3, Cl in sowohl vulkanischen als auch sedimentären Feldern. Aufgrund der niedrigen Enthalpie können Oberflächenerscheinungen (Manifestationen) fehlen oder schwach in Form von warmen Quellen, sehr milden Bodenveränderungen mit noch frischer Vegetation und etwas Dampf sein. Die Fließraten der Quellen sind im Allgemeinen niedrig bis mäßig (<60 kg/s), während die Kapazität einzelner Brunnen <2 MWe und <5 MW beträgt. LT-Systeme können innerhalb der Platten, in deren Nähe oder sogar lokal an den Plattengrenzen liegen.
Die Wärmequelle von LT-Ressourcen in verworfenen vulkanischen oder sedimentären Wirtsformationen kann ein lokaler magmatischer Einbruch sein, und die Flüssigkeitswege (Aufwärtsströmungszonen) sind im Allgemeinen Verwerfungen oder Deiche, die das Wasser in das durchlässige Wirtsgestein leiten. In der Kategorie, die als heißer Sedimentaquifer (HSA) bekannt ist, ist die Wärmequelle der normale geothermische Gradient oder möglicherweise ein lokaler zerfallender radiogener Granit, der die Aquifere in durchlässigen Gesteinen erhitzt, z. B. üblicherweise von mesozoischen Karbonaten bis hin zu plio-pleistozänen Flusssedimenten. HSA befinden sich meist in abgesunkenen Becken (z. B. nördlich der Alpen, Ungarn, Utah in den USA, Pariser und Aquitanien-Becken in Frankreich, Australien, China). Aufgrund der Gesteinsdurchlässigkeit, Wärme und Flüssigkeit erfordern sie nur das Bohren artesischer Fließbrunnen.
MT-Reservoirtemperaturen reichen von 100 °C bis 190 °C und können sowohl in vulkanischen als auch in sedimentären Formationen vorkommen. Obwohl ihr Wasserursprung und ihre Zusammensetzung mit denen von LT-Ressourcen identisch sind, haben MT-Ressourcen eine mittlere Enthalpie. Ihre Oberflächenmanifestationen sind stärker, einschließlich gut etablierter heißer Quellen (manchmal sogar kochend), Dampf, entwickelter veränderter Erde und beschädigter Vegetation, z. B. Ihre Durchflussraten können gelegentlich bis zu 182 l/s aus einer einzigen Quelle erreichen, wie z. B. in Deildartunga in Island.
Ähnlich wie LT-Ressourcen sind auch diese Reservoirs in ihren Aufwärtsströmungszonen wasserdominiert, z. B. mit einem konvektiven System und einer durchsickernden Wasserzirkulation durch Risse sowohl in sedimentärem als auch in vulkanischem Gelände. Ihre Kapazitäten pro Bohrloch betragen <7 MWe (2 - 6 MWe) bzw. bis zu 15 MW. MT-Ressourcen haben hauptsächlich heiße Intrusionen als Wärmequelle. Die Ressourcen finden sich im Allgemeinen in bis zu 3 km Tiefe in der kontinentalen Kruste und in 2 bis 3 km Tiefe in der ozeanischen Kruste, außer über einem aufsteigenden Erdmantel, wo sie nur 1 km tief sind, wie in Island. MT-Felder sind relativ weit verbreitet sowohl an den Plattengrenzen als auch innerhalb der Platten, wie z. B. in Kalifornien und Utah, Südamerika, den Philippinen, den Azoren, Neuseeland, Kenia, Hawaii, Europa (z. B. Kroatien) und Zentralostchina.
HT-Ressourcen sind am gefragtesten, da ihre Reservoirtemperatur zwischen 190 °C und 374 °C liegt und sie eine hohe Enthalpie aufweisen . Diese konvektiven Systeme finden sich im Allgemeinen in Tiefen von bis zu 3 km und gelegentlich in Tiefen von > 3,5 km. HT-Ressourcen benötigen eine auffällige magmatische Wärmequelle, die durch aktiven Vulkanismus bereitgestellt wird, sowie eine hohe Durchlässigkeit, die normalerweise durch Erdbeben verstärkt wird. Aufgrund dieser vulkanisch-tektonischen Prozesse sind Verwerfungen und Deiche die kritischen Strukturen für den Flüssigkeitsfluss. Daher befinden sich HT-Ressourcen meist in jungen porösen Vulkangesteinen an aktiven Plattengrenzen (z. B. Island, Indonesien, Ostafrika, Türkei, Neuseeland) und gelegentlich im intraplattennahen Kontext über einem Hotspot wie Yellowstone in den USA.
Das Fluid in HT-Lagerstätten ist entweder Süß- oder Salzwasser, reich an Kieselsäure (SiO2), Natrium (Na), Chlorid (Cl), Sulfat (SO4) und Calcium (Ca), mit CO2, H2S und H2 als gelösten Gasen. Reservoire sind flüssig oder dampfförmig, je nachdem, welche Phase den vertikalen Druckgradienten in den siedenden Aufstromzonen kontrolliert. Dampfdominierte (Trockendampf-)Lagerstätten treten auf, wenn die Temperatur dem Siedepunkt und dem vorherrschenden Druck entspricht oder darüber liegt. Beispiele sind die HT-Lagerstätten in den Vulkanfeldern West-Javas in 0,5 bis 2 km Tiefe oder im italienischen Larderello in bis zu 3 km Tiefe mit Reservoirtemperaturen von 240 - 250 °C und 34 Bar. Andererseits können sich in geringeren Tiefen (≤ 1 km) Siedezonen mit 250 °C, auch Dampfkappen genannt, entwickeln, die die flüssigkeitsdominierten Aufwärtsstromzonen überlagern. Solche Dampfkappen bilden sich im Allgemeinen als Reaktion auf eine anhaltende Produktionsabnahme und den darauf folgenden Druckabfall.
HT-Felder weisen die am weitesten entwickelten Oberflächenerscheinungen mit typischen Siedequellen, Fumarolen, Solfataren, Dampffeldern, entwickeltem verändertem Boden und freier Vegetation auf. Die Bohrlochkapazitäten liegen typischerweise bei 12,5 MW, können aber thermisch bis zu 70 - 125 MW erreichen, sowie 3 - 25 MWe, aber auch bis zu 30 - 50 MWe. Sie werden hauptsächlich zur Stromerzeugung verwendet.
Khodayar Maryam, Sveinbjörn Björnsson: Conventional Geothermal Systems and Unconventional Geothermal Developments: An Overview: In: Open Journal of Geology Nummer 14(2) (2024), 10.4236/ojg.2024.142012
Weitere Literatur siehe:
zuletzt bearbeitet Dezember 2024, Änderungs- oder Ergänzungswünsche bitte an info@geothermie.de
