Enhanced (oder Engineered) Geothermal Systemy (EGS) oder Hot-Dry-Rock (HDR) oder petrothemale Systeme sind nahezu synonyme Begriffe.

Grundprinzip

Bei petrothermalen Systemen erfolgt die Gewinnung der geothermischen Energie aus dem tieferen Un­tergrund unabhängig von Wasser führenden Hori­zonten. Im Wesentlichen wird die im heißen, gering durchlässigen Gestein (hot dry rock) gespei­cherte Energie genutzt, indem man durch Stimulati­on einen Wärmetauscher in der Tiefe schafft oder er­weitert. Neben dem klassischen Begriff Hot Dry Rock werden auch die Begriffe Deep Heat Mining, Hot Wet Rock, Hot Fractured Rock oder Stimulated Geothermal System verwendet. Der umfassende Begriff ist Enhanced Geothermal Systems (EGS), der aber auch sti­mulierte hydrothermale Systeme beinhaltet. Das klassische HDR/EGS-Verfahren hat Hochtemperatur-Nutzungen mit Tem­peraturen von mehr als 150–200 °C sowie Tiefen von mehr als 3.000 m zum Ziel hat. Zielhorizont ist meistens das kristalline  Grundgebirge. Inwieweit dichte Sedimentgesteine mit der EGS-Technik genutzt werden können, ist Gegenstand der Forschung und von Pilotprojekten.

Stand der Entwicklung

Nach derzeitigem Kenntnisstand ist das kristalline Grundgebirge der oberen Erdkruste mehr oder weniger geklüftet. Die Klüfte sind zum Teil geöffnet, mit hoch mineralisier­tem Wasser gefüllt und miteinander durch ein Kluft­netz verbunden, so dass grundsätzlich eine Wasserzirkulation möglich ist. Klüfte können allerdings auch teilweise wieder 'verheilt' und dann undurchlässig sein. Das kristalline Grundgebirge verhält sich also wie ein Aquifer mit (sehr) geringen Durchlässigkeiten.

Schaffung des Wärmetauschers (Stimulation)

Nach Abteufen einer Bohrung wird durch das Einpressen von Wasser das natürlich vor­handene Kluftsystem geweitet (Stimulation) oder neue Klüfte geschaffen (Aufbrechen von Gestein, Fracking). Die natürliche Permeabilität wird erhöht und zusätzliche und bessere Wasserweg­samkeiten werden geschaffen. Um die notwendigen Durchflussraten und Temperaturen dauerhaft zu erzielen, muss das Riss-System eine Mindestgröße für die Wärmeaustauschfläche aufweisen. Mit der zweiten Bohrung muss der stimulierte Bereich durchteuft werden. Durch diesen unterirdischen „Wärmetauscher“ fließt künstlich zirkuliertes Wasser über Injektions- und Förderbohrungen, um die Gebirgswärme aufzuneh­men. Bei diesem System ist somit das künstlich zirkulierte Wasser der Wärmeträger, das Gebirge die Wärmequelle. Bei hydrothermalen Systemen wird im Gegensatz hierzu natürliches Thermalwasser und die in ihm enthaltene Wärme gemeinsam gefördert (Thermalbrunnen).

Folgende

Kriterien

müssen bei der Nutzung petrothermaler Techniken gleichzeitig erfüllt sein:

1. Der Produktionshorizont ist das Grundgebirge oder eine gering permeable Schicht (mit einer mittleren Permeabilität von weniger als 10^-14 m²).
2. Die Produktionsbohrung liefert ohne den Einsatz der Frac-Technik keine wirtschaftlich relevante Schüttung. Als wirtschaftlich relevant werden Bohrungen mit einem Produktivitätsindex von mindestens PI = 10^-2 m³/(MPa·s) definiert.
3. Der Produktionshorizont muss mit der Frac-Technik nachweislich mindestens um den Faktor 2 stimuliert worden sein (Verdoppelung des Produktivitätsindex).

Aus den genannten Gründen wird vorgechlagen, die petrothermale Geothermie zu unterteilen in:

• geschlossene Systeme (closed systems). Hier kann die im Gestein, auch im Grundgebirge, gespeicherte Wärme nur durch küntliche Wärmetauscher erschlossen werden. Es ist eine Reservoirbehandlung, z. B. durch hydraulische Stimulation von Nöten. Diese Systeme werden oft auch als HDR bezeichnet. Als Wärmetauscher bieten sich Multi-Frac Systeme an. In jedem Falls ist der Betrieb des Systems mit einer gewissen Druckbeaufschlagung verbunden.
• offene Systeme (open systems). Diese Systeme, die vorwiegend auch im Grundgebirge entwickelt werden, stützen sich auf vorab vorhanden Störungszonen, die a priori schon eine ausreichende Porosität und Permeabilität haben, so dass eine gesonderte Stimulationsbehanlung nicht notwendig ist. Auch diese Systeme können die Energie vorwiegend aus dem Gestein beziehen und daher petrothermal sein. Zum Betrieb sind in der Regle keine großen Zusatzdrucke notwendig was das Reaktivierungspotenzial auf den Störungen mindert und somit auch die Ursache für erhöhte induzierte Seismizität.

 Literatur

Schulz, R.: Nutzung petrothermaler Technik – Vorschlag für eine Definition für die Anwendung des EEG. Archiv - Nr. 128 452: 114 S., 1 CD. Aufl. Hannover : LIAG, 2009

Ewald Lüschen, Hartwig von Hartmann, Ruediger Thomas, Ruediger Schulz: 3D Seismic Survey for a Petrothermal (EGS) Research Project in Crystalline Rocks of Saxony, Germany, World Geothermal Congress (2015):

Loewer, Markus, Maximilian Keim und Wolfgang Bauer, Petrothermale Geothermie & Enhanced geothermal systems - a review, Technische Universität München, Geothermie-Allianz Bayern, Munich School of Engineering, Lichtenbergstraße 4a, 85748 Garching bei München

Steffen Wagner, Matthias Reich, Stefan Buske, Heinz Konietzky, Hans-Jügen Förster and Andrea örster: Petrothermal Energy Generation in Crystalline Rocks (Germany), World Geothermal Congress (2015)

Weitere Literatur unter Literaturdatenbank und/oder Konferenzdatenbank.

zuletzt bearbeitet Mai 2022, Änderungs- oder Ergänzungswünsche bitte an info@geothermie.de