Jede Technologie hat ihre spezifischen Risiken. Dies gilt auch für die Nutzung geothermischer Energie und hier im Besonderen der so genannten Tiefengeothermie. Umfragen zu diesem Thema hatten das in der Abbildung dargestellte Ergebnis.
Die Geothermische Nutzung zur Stromerzeugung und Wärmenutzung ist von begünstigenden Rahmenbedingungen abhängig (EEG, MAP, usw.), die langfristige Planungssicherheit gibt. Politik als auch Gesellschaft stehen generell hinter der Nutzung Erneuerbarer Energien, ein politisches Risiko durch Wegfall der Förderung ist daher in absehbarer Zeit nicht zu sehen. Die Priorisierung unterirdischen Raums für die Endlagerung radioaktiver Abfälle (StandOG) ist ebenfalls ein politisches Risiko der Geothermie.
Konkurrierende Nutzung zur Tiefengeothermie können Projekte der Kohlenwasserstoffförderung oder -speicherung darstellen. Vor allem der starke Ausbau von Untertage-Gasspeichern steht in einigen Regionen Deutschlands (Molasse, Norddeutsches Becken, Oberrheingraben) in direkter Konkurrenz zu tiefengeothermischen Projekten. Aktuell in der Diskussion ist auch die Nutzungskonkurrenz durch die Absicht großer Kohlekraftwerksbetreiber und der Industrie, verflüssigtes CO2 in den Untergrund zu verpressen (CCS-Technologie). Regional kommt die Aufsuchung oder Förderung von Schiefergas oder Flözgas dazu.
Änderungen im Bergrecht, Wasserrecht oder Umweltrecht können die Entwicklung geothermischer Projekte beeinträchtigen und stellen somit ein Risiko dar. Die gilt insbesondere für Gesetzesänderungen zur Anwendung hydraulischer Stimulation (2017).
Es kann an Standorten die öffentlich/rechtliche Planung unzureichend sein, so dass Planungshindernisse entstehen, öffentlich/rechtliche Verträge können nicht ausreichend gesichert sein. Es kann sein, dass Grunddienstbarkeiten wie Leitungen für Wärme, Strom, Gas oder Wasser im Wege sind, woraus überharte Betriebsplanauflagen resultieren können
Das Akzeptanzrisiko, getragen durch Bürgerinitiativen, stellt zurzeit ein wesentliches Risiko bei der Planung und dem Ausbau von Geothermie Projekten dar. Es ist damit zu rechnen, dass sich diese Widerstände in der Bevölkerung auch schon bei der Planung und Durchführung von Erstbohrungen bemerkbar machen. Kurzfristig kann hier durch gute Öffentlichkeitsarbeit und transparente Kommunikation, gegebenenfalls auch durch Bürgerbeteiligung gegengesteuert werden. Langfristig können nur Projekte überzeugen, die langjährig im Einklang mit Forderungen und Wünschen der Bürger stehen. Eine besondere Rolle spielt hier die weit verbreitete Angst vor induzierter Seismizität, insbesondere beim Reservoiranschluss (Frackarbeiten), aber auch beim Betrieb der Anlage.
Mit dem Niederbringen von Tiefbohrungen sind ebenfalls Risiken verbunden, die sich vor allem durch Bohrzeitverlängerung, Spülungsverluste, oder im Bohrloch verlorene Werkzeuge äußern können. Technische Risiken können im schlimmsten Falle mit der Aufgabe des Bohrlochs und dem Verlust des bis dahin eingesetzten Kapitals enden. Bohrtechnische Risiken lassen sich zum Teil versichern.
können im Einzelnen sein:
Das Hauptrisiko in der tiefen Geothermie ist das so genannte Fündigkeitsrisiko. Es bezeichnet das Risiko, bei der Erschließung eines geothermischen Reservoirs eine unzureichende Thermalwasserförderrate zu erzielen und/oder eine zu geringe Lagerstättentemperatur anzutreffen. Diese beiden Größen sind besonders wichtig, da von ihnen die Leistung des Geothermiekraftwerks wesentlich abhängt. Die Fündigkeit wird meist zu Beginn eines Projektes definiert, d.h. der Projektentwickler und der Investor legen fest, ab welcher Mindestförderrate und welcher Temperatur das Projekt wirtschaftlich (entsprechend der Renditeerwartung des Investors) und damit erfolgreich ist. Eine Bohrung gilt dabei als fündig, wenn diese Kriterien erreicht oder überschritten werden. Im Einzelnen können dem Fündigkeitsrisiko zugeordnet werden:
Eine so genannte Teilfündigkeit liegt vor, wenn die Kriterien zur Fündigkeit nicht erreicht sind, jedoch eine Nachnutzung mit einem anderen Konzept technisch möglich und z. B. mit der Auszahlung eines Teils der Versicherungssumme auch wirtschaftlich ist.
Das Fündigkeitsrisiko ist zum Teil versicherbar. Versichert werden nicht Regionen, in denen noch keine Erfahrungen vorliegen. Für neuere Technologien, die Aspekte mit Forschungs- und Entwicklungscharakter beinhalten (Petrothermale Systeme, EGS und HDR) lässt sich eine Fündigkeit zurzeit (2015) noch nicht versichern.
Entsprechend der oberflächennahen Geothermie besteht auch bei Bohrungen zur Tiefengeothermie die Möglichkeit einer Gefährdung der Schutzgüter Boden und Grundwasser. Bei großen Projekten mit tief reichenden Eingriffen in den Untergrund werden entsprechende Vorkehrungen getroffen und Sicherheitseinrichtungen bereitgehalten, um Gefährdungen möglichst auszuschließen. Die Durchführung einer Tiefbohrung unterliegt dem bergrechtlichen Betriebsplanverfahren, das auch die Interessen der Anwohner und Nachbarn wahrt.
Nachhaltigkeitsrisiken bestehen bei der Abteufung von Bohrungen noch nicht.
Während des späteren Betriebes können Prozesse zu Einwirkungen auf das Projekt führen, die den Wärmeertrag so mindern, dass unplanmäßige Wartungsarbeiten erforderlich werden. Dies sind z. B. die Auflösung von Kristallbildungen durch Säuerung (scale Beseitigung), oder die Instandhaltung der hochkapazitiven Tauchkreiselpumpen. Da dann meistens teure Bohrausrüstungen angemietet und Fachleute bezahlt werden müssen, kann das zur Unwirtschaftlichkeit des Gesamtvorhabens führen.
Die wirtschaftlichen Risiken resultieren in erster Linie aus dem Fündigkeitsrisiko. Erst nach erfolgreicher Durchführung und dem Test der Erstbohrung ist das Fündigkeitsrisiko stark reduziert. Jedoch muss auch die Injektionsbohrung ausreichende Wassermengen aufnehmen, um einen wirksamen Kreislauf zu ermöglichen. Die Erschließungskosten (Bohrungen, Komplettierungen, Stimulationsmaßnahmen und Tests) stellen zwischen 50 und 70% der Gesamtkosten eines Geothermieprojekts dar. Um dieses Risiko so gering wie möglich zu halten, bedarf es einer sorgfältigen Projektentwicklung mit klar definierten Projektentwicklungsphasen, Meilensteinplanung und Abbruchkriterien. Bei allen mit der Erschließung zusammenhängenden Arbeiten ist sind professionelle Vorbereitung und Durchführung sowie zuverlässige Partner unabdingbar.
Generell gilt für die Risikovermeidung, dass Unbeherrschbares vermieden und Unvermeidbares beherrscht werden muss. Eine besondere Rolle spielt hier das Einhalten von Regeln und Standards. Abweichungen führen zu Fehlern, die dann auch komplex oder kumulativ sein können.
Schon in der Planungsphase sind die Prozesse der Risikovermeidung festzulegen:
Es ist zu klären, ob neu festgesetzte Routinen zum Erfolg geführt haben. Es ist sicherzustellen, dass die Probleme dauerhaft gelöst sind.
Die Überwachung induzierter seismischer Ereignisse an geotechnischen Anlagen zur Gewinnung von Rohstoffen (z.B. tiefe geothermische Energie, Kohlenwasserstoffe usw.) oder zur Tiefenlagerung (z .B. CO2-Verpressung, Gasspeicher, Abfalllagerung usw.) sollten die in der Richtlinie GTV 1101 vorgegebenen Spezifikationen eingehalten werden.
Warum wurden in einigen Geothermiebohrungen nicht die erwarteten Fördermengen an geothermalen Tiefenwässern erzielt, so dass komplette Vorhaben aufgegeben werden mussten?
Die Natur gibt den Rahmen vor. Durch umfangreiche geophysikalische Voruntersuchungen wird nach einer günstigen Stelle für die Tiefbohrungen gesucht. Letztlich kann jedoch nur durch eine Bohrung verlässlich festgestellt werden, ob die Durchlässigkeit im geplanten Aquifer ausreichend ist. Wenn sich wegen zu geringer Durchlässigkeit keine ausreichende Förderrate nutzen lässt (fehlende Fündigkeit), kann die Anlage nicht wirtschaftlich betrieben werden. Wenn eine Bohrung nicht fündig ist, muss sie rückgebaut werden oder sie kann anderswertig Verwendung finden (z.B. als Tiefe Erdwärmesonde). Dabei handelt es sich um das unternehmerische Risiko.
Die Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit von Geothermieprojekten hängt bei hydrothermalen Konzepten entscheidend von der Zuflussrate an heißem Thermalwasser aus dem anstehenden Gebirge in die Bohrung ab. Die Größe wird in Liter/Sekunde (oder kg/s) gemessen und integriert eine längere, offene Bohrstrecke mit oder ohne Filterrohr (Abbildung 3.2). Vor Bohrbeginn nehmen die Projektplaner eine Schätzung des Zuflusses vor, wobei oft bekannte Durchlässigkeiten aus Nachbarbohrungen, die denselben Horizont erschließen, herangezogen werden. Werden die Förderraten beim Test wegen zu geringer Durchlässigkeit nicht erzielt, gerät das Projekt wirtschaftlich unter Druck. In diesem Fall ist vom Betreiber zu entscheiden, ob eine Stimulation (Verbesserung der Anbindung der Bohrung an das Reservoir) des thermalen Aquifers sinnvoll und technisch möglich ist, oder ob eine Verfüllung des Bohrlochs (oder anderswertige Verwendung) letztendlich die wirtschaftlichere Lösung ist.
Soll versucht werden, die Zuflussrate zu erhöhen, kann eine Säurestimulation oder eine thermische Stimulation angewendet werden. Mittels Säurestimulation wird die Auflösung säurelöslicher Gesteinsanteile und Ablagerungen (z.B. Calciumkarbonat) im Aquifer versucht, um die Durchgängigkeit für die Fluidzirkulation zu erhöhen oder zu reaktivieren. Die Idee der thermischen Stimulation ist, durch Zuführung von kaltem Wasser in einen heißen Aquifer eine Mikroklüftung zu erzeugen, die ebenfalls die Durchlässigkeit erhöhen kann. Eine Stimulation gibt jedoch keine Erfolgsgarantie, sondern ist letztlich ein geotechnischer Versuch, der gelingen oder scheitern kann.
Kam es in der Vergangenheit zu zeitweiligen Austritten von Bohrspülung oder Thermalwasser in andere Tiefenhorizonte zu Schäden an Bauwerken und Verkehrswegen, falls ja – warum?
Unbeabsichtigte Austritte von Bohrspülung oder Thermalwasser in Tiefenhorizonte außerhalb des Reservoirs sind zu vermeiden. In der Vergangenheit gab es beispielsweise bei der Anlage in Landau durch unsachgemäßen Ausbau der Bohrung einen unbeabsichtigten Austritt von Thermalwasser, der zu Straßenschäden geführt hat. Um dies zu vermeiden wird in der klassischen Bohrtechnik eine Bohrung „ausgebaut“. D.h. eine fertig verrohrte und zementiert Tiefbohrung besteht aus einer teleskopartig ineinandergreifenden Abfolge von Stahlrohren . Es ist nicht bekannt, dass Bohrungen, die nach diesem Standard (API-Standard, BVEG-Richtlinien) ausgebaut waren, zu Schäden geführt haben.
Geothermievorhaben in den Nachbarländern Schweiz und Frankreich lösten kleinere Erdbeben aus, die lokal an der Tagesoberfläche zu spüren waren. Könnte das auch bei den geplanten Vorhaben in Baden-Württemberg eintreten?
Die Entwicklung Tiefer Geothermieprojekte in den Nachbarländern Schweiz und Frankreich, die zu seismischen Ereignissen geführt haben, beruhen im Wesentlichen auf dem EGS-Konzept (Enhanced Geothermal Systems). Es handelt sich hierbei um Tiefe Geothermieprojekte, die kristallines Grundgebirge mit geringer Primär-Durchlässigkeit durch massive hydraulische Stimulation erschließen. Es wird derzeit in Baden-Württemberg vermieden, Geothermiebohrungen bis nahe an die Oberfläche des kristallinen Grundgebirges und in das kristalline Grundgebirge abzuteufen. Der Stand von Wissenschaft und Technik wird weiter beobachtet, in der Hoffnung in Zukunft auch diese Ressource ohne Gefährdung nutzen zu können.
Von Geothermieanlagen mit langer Betriebsdauer ist bekannt, dass bestimmte Anlagen-komponenten eine radioaktive Kontamination aufweisen und radioaktives Radon-Gas mit dem Thermalwasser aufsteigt. Welche Gefahren bestehen für die Bevölkerung in der direkten Nachbarschaft?
Durch Abkühlung und Druckentlastung von Tiefenwasser während des Aufstiegs in die oberirdische Geothermieanlage können sich mineralische Ausfällungen wie beispielsweise Kalk oder Baryt in den oberflächennahen Teilen einer Geothermieanlage, insbesondere im Wärmeübertrager oder der Pumpe, bilden und dort ablagern. Primäres Interesse des Anlagenbetreibers ist es, derartige Ausfällungen zu unterbinden oder zumindest so zu minimieren, dass es dadurch zu keinen Anlagenschäden bzw. zu keiner Minderung des Durchflusses kommen kann. Standardmäßig werden daher Geothermieanlagen zur Vermeidung von Ausfällungen (oder zur Vermeidung von Entgasungen im Thermalwasser) übertage unter Druck gefahren. Zusätzlich können zur Vermeidung oder Minimierung von Ausfällungen auch sogenannte Inhibitoren eingesetzt werden.
Die Problematik radioaktiver Kontamination ist in Abschnitt 3 behandelt. Treten radioaktive Kontaminationen auf, sind die Richtlinien der geltenden Strahlenschutzverordnung einzuhalten (siehe hierzu die detaillierten Ausführungen in Abschnitt 3). Mit sogenannten Scales (Ausfällungen) behaftete Installationen müssen regelmäßig durch Fachpersonal gereinigt und erforderlichenfalls ausgetauscht werden. Sollten Gasmessungen Radon nachweisen, das sich möglicherweise aus dem Thermalwasser gelöst hat, muss das radioaktive Gas durch ausreichende Ventilation aus der Betriebsstätte (insbesondere bei Wartungsarbeiten) entfernt werden, um eine Akkumulation und damit eine Gefahr für Personen zu vermeiden. Im Routinebetrieb bei geschlossenen Systemen wird das Radon im Thermalwasser wieder zurückgeführt. Beim Tiefen Geothermie Heizkraftwerk Bruchsal werden beispielsweise die Grenzwerte für gelöstes Radon im Thermalwasser um den Faktor 3 unterschritten.Aus Deutschland sind uns bei der Tiefen Geothermie keine Gefährdungen aufgrund des Freiwerdens von radioaktiven Stoffen bekannt.
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Weitere Literatur unter Literaturdatenbank und/oder Konferenzdatenbank.
https://www.youtube.com/watch?v=iKvB5HGeYUI&t=324s
https://www.georisk-project.eu/helpdesk/
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