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Petrothermales System

geothermie-9-1

Prinzip und Komponenten eines petrrothermales Systems. Quelle: AEE
Deutschlandkarte der Gebiete mit petrothermalem Potenzial unter Angabe der erreichbaren Temperatur. Quelle: Schulz

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).

 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 LUESCHEN, 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)

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:

Steffen WAGNER, Matthias REICH, Stefan BUSKE, Heinz KONIETZKY, Hans-Jügen FöRSTER and Andrea FöRSTER: Petrothermal Energy Generation in Crystalline Rocks (Germany), World Geothermal Congress (2015)

Weitere Literatur unter Literaturdatenbank und/oder Konferenzdatenbank

Weblink

https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=2ahUKEwj7zundmpreAhXSblAKHdJ8ADMQFjAAegQICRAC&url=https%3A%2F%2Fwww.mags-projekt.de%2FMAGS%2FDE%2FDownloads%2FBMU_Nutzung.pdf%3F__blob%3DpublicationFile%26v%3D1&usg=AOvVaw2Sa4921SZTwXE6pSoQls-t