Hoch-Enthalpie-Lagerstätten

1. Hoch-Enthalpie-Lagerstätten Vortrag in den Fächern Geothermie und Allgemeine Hydrogeologie im SS 2012 Dozent: Prof. Dr. rer. nat. Manfred Koch von Carsten Rocholl

2. Gliederung • Einordnung/ Was sind Hoch-Enthalpie-Lagerstätten? • Vorkommen • Vergleich zu Nieder-Enthalpie-Lagerstätten • Erschließung • Energetische Nutzung • Heutige Nutzung • Geothermische Nutzung in Kenia: Olkaria • Risiken der Nutzung/ Zusammenfassung/ Fazit 20.07.12 | 2

3. Einordnung der tiefen Erdwärme-Systeme - Hoch-Enthalpie-Lagerstätten - Nieder-Enthalpie-Lagerstätten • Offene Systeme • Hydrothermale Systeme • Petrothermale Systeme (Hot Dry Rock) • Geschlossene Systeme • Tiefe Erdwärmesonden • Weitere Systeme • Grubenwärme • Tunnelwärme usw. } Wärme- und Stromerzeugung } Wärmeerzeugung 20.07.12 | 3

4. Was sind Hoch-Enthalpie-Lagerstätten? - Wärmeanomalien im Zusammenhang mit vulkanischen Tätigkeiten - Hohes Temperaturniveau (mehrere 100°C) der Fluide (Wasser/Dampf) - abhängig von Druck- und Temperaturbedingungen der Lagerstätten: dampf- oder wasserdominierend - in Nähe der Erdoberfläche Glory Morning Hole, Yellowstone National Park http://www.reisewut.com/westcoast07/westcoast07-13.html 20.07.12 | 4

5. Was sind Hoch-Enthalpie-Lagerstätten? Zum Vergleich: Wärmestrom im globalen Mittel: 0,063 W/m² Wärmestrom in vulkanisch aktiven Gebieten: bis zu 0,8 W/m² - Modell der Lagerstätten „The Geysers“ in Kalifornien, USA - 35 km² Größe Hoch-Enthalpie-Lagerstätte - Modell http://www.erdwaerme-zeitung.de/geothermiepressenews/geothermieprojekte/thegeyserskalifornien/index.html 20.07.12 | 5

6. Vorkommen - in vulkanisch aktiven Regionen - an den Randbereichen der Kontinentalplatten - „Ring of Fire“ (pazifische Platte): Neuseeland, Indonesien, Philippinen, Japan, Kamchatka, Alaska, Kalifornien, Mexiko, Zentral Amerika, - Island (Mid-Atlantic Ridge), Afrika (Großer Afrikanischer Grabenbruch), - „Hot Spots“ Hawaii, Yellowstone, Grabenbruch Äthiopien http://ethiopiaembassy.eu/country-profiles/tourism/ 20.07.12 | 6

7. Vorkommen Hoch-Enthalpie-Lagerstätten weltweit Aus: Geothermische Stromerzeugung, BMU 2011 20.07.12 | 7

8. Vergleich zu Nieder-Enthalpie-Lagerstätten - außerhalb vulkanischer Aktivitäten - geringe Temperaturen an der Oberfläche - geringe Zunahme der Temperatur über die Tiefe → ca. 3°C je 100 Meter Erdsonden, Wärmepumpe http://www.fug-verlag.de/fug/bilder/00011286B1288106567.jpg 20.07.12 | 8

9. Vergleich zu Nieder-Enthalpie-Lagerstätten Wärmeanomalien in Deutschland → Keine Hoch-Enthalpie-Lagerstätten!!! - in ca. 2000 Metern Tiefe → Temperaturen über 100°C Wärmeanomalien in Deutschland Aus: Geothermische Stromerzeugung, BMU 2011 20.07.12 | 9

10. Vergleich zu Nieder-Enthalpie-L. Wärmeanomalien in Deutschland Aus: Geothermische Stromerzeugung, BMU 2011 Vergleich verschiedener Quellen Aus: Geothermische Stromerzeugung, BMU 2011 20.07.12 | 10

11. Erschließung - über Bohrungen - aber: geringere Tiefe bei höherer Temperatur → somit sehr wirtschaftlich Bohrturm Groß Schönebeck http://www.eti-brandenburg.de/energiethemen/geothermie/ 20.07.12 | 11

12. Energetische Nutzung - Bereitstellung von Industriedampf - Speisung von Nah- und Fernwärmenetzen - insbesondere Stromerzeugung über Dampfturbinen • Dry-Steam Power Plants (Dampf dominiert) • Flash Steam Power Plants (Wasser dominiert; durch extrem hohen Druck) 20.07.12 | 12

13. Energetische Nutzung Voraussetzung: - ausreichende Temperatur - ausreichende Qualität der geothermischen Fluide Früher: Entlassen des Dampfes in die Atmosphäre (Larderello, Italien) → Schwefelgeruch Heute: Rückführung der abgekühlten Fluide in die Lagerstätten → Vermeidung negativer Umwelteinwirkungen → Erhaltung hoher Produktivität durch höheres Druckniveau 20.07.12 | 13

14. Dry-Steam Power Plants - direkte Nutzung des Dampfes zur Stromerzeugung - Dampf wird entnommen - Turbine treibt Generator an - abgekühltes Fluid wird reinjeziert Kraftwerksschema http://geosurvey.state.co.us/Pages/CGSHome.aspx 20.07.12 | 14

15. Flash Steam Power Plants - Nutzung des heißen Wassers, hoher Druck im Untergrund - Verdampfen des Wassers in Behälter direkt vor der Turbine - Turbine treibt Generator an - abgekühltes Fluid wird reinjeziert Kraftwerksschema http://geosurvey.state.co.us/Pages/CGSHome.aspx 20.07.12 | 15

16. Heutige Nutzung der Lagerstätten - Italien: Larderello • Nutzung bereits seit dem Mittelalter (Lederherstellung) • 1828 erste Bohrungen um mehr Dampf zu gewinnen • 1904 erstes Geothermisches Kraftwerk (reichte für 5 Glühlampen) • Installierte Leistung heute: 550 MW el. Dry-Steam Power Plant Erstes „Kraftwerk“ 1904 http://www.udo-leuschner.de/basiswissen/SB112-02.htm 20.07.12 | 16

17. Heutige Nutzung der Lagerstätten - Beispiele Island: • 31 aktive Vulkansysteme • 41,7 PJ (60%) der Primärenergie aus Erdwärme USA: • Installierte Leistung ca. 3.200 MW, davon ca. 2.600 MW in Kalifornien • Weitere 2.000 MW bereits in Entwicklung Japan: • Installierte Leistung ca. 540 MW • Geothermisches Potential: ca. 23.500 MW • Geothermie soll Atomkraft ablösen Geysir - Island http://www.geothermie-nachrichten.de/page/24 20.07.12 | 17

18. Heutige Nutzung der Lagerstätten Temperaturniveaus verschiedener, in Nutzung befindlicher geothermischer Reservoire http://vgks.ch/index.php?id=147 20.07.12 | 18

19. Nutzung in Olkaria, Kenia - zurzeit 170 MW el. - Produktions- und Reinjektionsfeld auf einer Fläche von 70 m² - 700 bis 3000 Meter Tiefe → 250 - 350°C - 110 Bohrungen • 50 fördern heissen Dampf • 60 zur Reinjektion genutzt 20.07.12 | 19

20. Nutzung in Olkaria, Kenia Genutztes Gebiet in Kenia http://vgks.ch/index.php?id=147 20.07.12 | 20

21. Nutzung in Olkaria, Kenia Anlagen auf dem Gelände des geothermischen Feldes http://vgks.ch/index.php?id=147 20.07.12 | 21

22. Nutzung in Olkaria, Kenia Geothermisches Kraftwerk http://vgks.ch/index.php?id=147 20.07.12 | 22

23. Risiken der Nutzung - Hebungen - Setzungen - Entstehung von Erdbeben durch Bohrungen - dadurch bereits Schließung von Kraftwerken - z.B. fünf stärkere Beben im Jahre 2006 in der Nähe von Basel, Schweiz • Geothermie sollte 4 AKW ablösen • Stärke 2,9 bis 3,4 • 2 Millionen Euro Schaden 20.07.12 | 23

24. Zusammenfassung - Hoch-Enthalpie-Lagerstätten sind in vulkanisch aktiven Regionen zu finden - Besonderheiten: hohe Temperatur bei geringer Tiefe - direkte Nutzung des Dampfes oder der heissen Wassers - heute viele Kraftwerke, welche Hoch-Enthalpie-Lagerstätten nutzen - erste Nutzung: Larderello in Italien 20.07.12 | 24

25. Fazit - Hoch-Enthalpie-Lagerstätten besitzen ein hohes Potential zur geothermischen Stromerzeugung - meist sehr Wirtschaftlich aufgrund: → geringer Tiefe der Fluide → hohe Temperaturen der Fluide - Ausbau der geothermischen Stromerzeugung in Gebieten mit Hoch-Enthalpie- Lagerstätten sinnvoll 20.07.12 | 25

26. Ende Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!! 20.07.12 | 26

27. Quellen - http://www.erdwaerme-zeitung.de/geothermie_bine_projektinfo.pdf - http://www.bmu.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/broschuere_ geothermie_strom_bf.pdf - http://de.wikipedia.org/wiki/Geothermie#Hochenthalpie-Lagerst.C3.A4tten - http://www.energytoolbox.org/gcre/bibliography/149_2419.pdf - http://www.tiefegeothermie.de/index.php?id=60 - http://www.tiefegeothermie.de/index.php?id=60 - http://www.ige.uni- stuttgart.de/fileadmin/ressourcenRedakteure/pdf/Vorlesung/ Sonderprobleme/WS10_11/20110201_Tiefengeothermie.pdf - http://www.geothermal-energy.org/234,welcome_to_our_ page_with_data_for_italy_electricity_generation.html - http://www.hems-renewables.de/renewable-energies/geothermie.html#c2501 - http://www.enerdream.de/oekostrom/erdwaerme/7-erdwaerme-kostbare-ressource- zur-stromgewinnung.html - http://vgks.ch/index.php?id=147 20.07.12 | 27