Tiefe Geothermie

Tiefe Geothermie
Geothermische Wärmeversorgung von
Siedlungsräumen,
am Beispiel der Region München
Dr. Erwin Knapek, Bundesverband Geothermie
Dr. Christian Hecht, Stadtwerke München
Dr. Christian Pletl,
Pletl, Stadtwerke München
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Wärmepotenzial der Tiefen Geothermie
Heißwasseraquifere:
25 EJ (ohne WP)
50 EJ (mit WP)
1600 EJ (ohne WP)
2800 EJ (mit WP)
60 EJ (ohne WP)
110 EJ (mit WP)
Deutschland insgesamt: 1685 EJ (ohne WP)
2960 EJ (mit WP)
Kristallin:
Störungszonen:
Wärmebedarf (Heizen) 2013: 3,5 EJ/a oder 1920 TWh/a
Ziel bis 2020: 2,7 EJ/a oder 1480 TWh/a
Quelle: T. Jung et al.(2002); TAB Bericht an den Deutschen Bundestag 2003
BMWi 17.12.2014
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Was ist eine gute geothermische Ressource
für die Bereitstellung von Heizenergie?
Das Potenzial bezieht sich nur auf die Ressource (z.B.
bei alleiniger Stromerzeugung)
also auf den geologischen Untergrund und die technische
Machbarkeit unter wirtschaftlichen Bedingungen.
Bei Heizenergie: Das Potenzial bezieht sich auf die
Ressource und
zusätzlich auf die Bedarfsstruktur für Wärme und die
soziale Akzeptanz.
Quelle: Inga Möck, TUM 2015
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Potenzial der Tiefen Geothermie in Deutschland
Temperaturkarte von
Deutschland in 3.500m Tiefe
Quelle: LIAG, LeibnizLeibniz-Institut für Angewandte Geophysik, Stand
Dezember 2013
Fernwärmenetze in Gebieten zur Nutzung
hydrothermaler Geothermie
Quelle:
Quelle: Fernwärmenetze in Gebieten zur Nutzung hydrothermaler
Geothermie (IFEU (Kartengrundlage aus Wuppertal Institut, DLR,
IE (2007)
2007) und Kayser, Kaltschmitt (1998))
1998)) aus TRAFO , S. 81
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Petrothermales
Potenzial
Tiefengeothermie in Deutschland
Nationale Geothermische Projekte (Juli 2015)
•
Hydrothermale Tiefengeothermieprojekte in Deutschland (BVG)
30 Anlagen in Betrieb (Heizwerke und Heizkraftwerke)
Heizwerke 26
Kraftwerke 8
Heizkraftwerke 4
installierte Wärmeleistung: 300,4 MW
installierte elektrische Leistung: 39,31 MW
ca. 47 Anlagen in Bau oder Planung
( davon 19 in Bayern, 7 in BaWü, 3 in Niedersachsen, 4 in NRW, 2 in Hessen,
3 in Mecklenburg-Vorpommern, 4 in Rheinlandpfalz, 2 in Sachsen und jeweils 1 in
Brandenburg, Berlin und Hamburg)
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Wärmeversorgung mit Tiefer Geothermie in Deutschland
Anteil Geothermie: 7,3% der EE
0,7% Tiefe Geothermie
6,6% Oberflächennahe Geothermie
2015:
27Anlagen (geothermische Dubletten/Tripletten)
4 Tiefe Sonden
Gesamt in Deutschland: 39 MWel/300 MWth/376 MWth
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Die Region München
ED
1
3
10
13
6 5
2
4
8
12 14
7
9
11
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
ED
Unterschleißheim (Wärme)
31 MWth
SWM München10 MWth
München-Riem (Wärme)
Pullach (Wärme)
15 MWth
Unterhaching (Wärme/Strom)
38 MWth
Aschheim19 MWth
Aschheim-FeldkirchenFeldkirchen-Kirchheim (Wärme)
Unterföhring (Wärme)
20 MWth
Dürrnhaar (Strom)
(>40 MWth)
MWth)
Kirchstockach (Strom)
(>40 MWth)
MWth)
SWM Sauerlach (Strom/Wärme)
5 MWth
Garching (Wärme)
6 MWth
Poing (Wärme)
7 MWth
Grünwald Wärme/Strom)
40 MWth
Ismaning (Wärme)
7 MWth
Taufkirchen (Wärme/Strom)
40 MWth
Erding (Wärme)
10 MWth
Römische Villa
(Therme Erding)
© Therme Erding
Gesamte Leistung: 239 MWth/319 MWth/31 MWel
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PROJEKT
TIEFE in m
Fließrate in l/s
Temperatur in °C
Erding
1868
48/65
Unterschleißheim
1969, 2002
100/79
Garching
2050, 1990
100/75
Unterföhring
2123, 2511
50/88, 100/103
Ismaning
1906, 2195
85/78
Aschheim
2621, 2529
55/86
Poing
2900
100/76
Riem
3020, 3747
65/94
Pullach
3371, 3443
80/100
Unterhaching
3400, 3700
150/123
Grünwald
3428, 3319
138/130
Kirchstockach
3881, 3794
126/134
Taufkirchen
3400
120 /137
Dürrnhaar
3579, 4114
100/141
Sauerlach
3733, 4450
100/138
Quelle: Inga Moeck 2015
Speicherungs-Projekte
Wärme-Projekte
Wärme/Strom-Projekte
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Aufsuchungs – und Bewilligungsfelder südlich von München
München Riem
München - Sendling
Wärmeversorgung
MünchenMünchen- Neuperlach
Strom und Wärme
Kombination mit Biomasse
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Geothermie Unterhaching GmbH & Co. KG
Redundanz
•
Leitung: Länge 5,3 km, Durchmesser DN
250, Druckstufe PN 25
Übertragbare Leistung: ca. 20 MW
(350t/h, bei 110/60°C; bei größerer
Spreizung auch mehr)
Heizkraftwerk
Reinjektion
Komplette Steuerung der Verbundleitung
erfolgt aus EWG-Leitwarte
Inhalt der Verbundleitung ca. 727 m³
Wasser - kann im Bedarfsfall auch als
Pufferspeicher für Grünwald und
Unterhaching benutzt werden.
Verbindung zu Erdwärme Grünwald (EWG)
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Daten des Projekts Unterhaching (2014)
CO2CO2-Eisparung: 32 000 t
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Erdwärme Grünwald
Produktionsbohrung
4.083 Meter
Injektionsbohrung
4.453 Meter
Abstand in der Tiefe
ca. 2000 Meter
Fündigkeit festgestellt 5. Juli 2010
Temperatur
128 - 130 Grad Celsius
Schüttung
140 Liter pro Sekunde
Investition Bohrung ca. 26,8 Mio. Euro
Pumpentechnologie Centrilift Baker Hughes
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Das Fernwärmenetz Grünwald
Stand Ende 2014:
Haupttrasse
14,6 km
Nachverdichtung 201120,1 km
2011-14:
Hausanschlüsse Grünwald, ca. 13,5 km
Verbundleitung n. Unterhaching 5,4 km
_________________________________
Gesamt Ende 2014
geplant 20152015-2017
53,6 km
25,4 km
KunststoffKunststoff-Mantelrohr mit Leckage-Warnsystem – im
Endausbau werden rund Rechner im Versorgungsgebiet
installiert.
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Erdwärme Grünwald
DublettenDubletten-Bohrung in Laufzorn
Produktionsbohrung 4.083 Meter
Injektionsbohrung 4.453 Meter
Abstand in der Tiefe ca. 2000 Meter
Fündigkeit festgestellt 5. Juli 2010
Temperatur 128 - 130 Grad Celsius
Schüttung 140 Liter pro Sekunde
Investition Bohrung ca. 26,8 Mio.
Euro
Pumpentechnologie Centrilift Baker
Hughes
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Neue Tiefenpumpe seit Oktober 2013
• maximale Leistung von 1,35
MWel.
• liefert maximal 1.800 PS und
fördert bis zu 160 Liter
Thermalwasser pro sec.
• Hersteller Centrilift/Baker
Hughes; FU von ABB
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„Schaltzentrale“ GeothermieGeothermie-Heizwerk Grünwald
Wärmeleistung gesamt: ca. 40 MW
FWFW-Leistung Grünwald heute: ca. 29 MW
FWFW-Leistung Grünwald Vollausbau: ca. 50 MW
FWFW-Leistung Bavaria Film heute: ca. 10 MW
Zwei Redundanzkessel: 19 und 10 MW
Das GeothermieGeothermie-Heizwerk Laufzorn ist seit Ende 2012 im Einsatz.
Investition für Heizwerke inkl. Bohrung und Tiefenpumpe ca. 41 Mio.
Euro.
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GEOVOL Geothermie Unterföhring 1
Die Geothermieanlage Unterföhring besteht aus der Dublette D I (mit Bohrungen
Th1 und Th2) und der Dublette D II (mit Bohrungen Th3 und Th4)
Dublette D I (Th1 und Th2)
Verfahren Hydrothermale Tiefengeothermie im Bayerischen Molassebecken ; Generalunternehmer
Th1 + Th2 TIEFBOHR ARGE Unterföhring (H. Anger´s Söhne GmbH)
Bohrung „Thermal 1“ (Reinjektionsbohrung): Bohrzeit 21. November 2008 - 6. Februar 2009;
Bohrdauer 80 Tage; Bohrstrecke (MD) 3.042 m; Bohrtiefe (TVD) 2.512 m –
Thermalwassertemperatur 86 °C ; Thermalwassermenge 85 Liter/Sekunde
Bohrung „Thermal 2“ (Förderbohrung): Bohrzeit 13. März 2009 – 3. Mai 2009; Bohrdauer 52 Tage Bohrstrecke (MD) 2.578 m; Bohrtiefe (TVD) 2.124 m
Thermalwassertemperatur 87 °C; Thermalwassermenge 85 Liter/Sekunde
Tauchkreiselpumpe: Hersteller Canadian Advanced ESP; Leistung ca. 1000 PS
Einbautiefe 600 Meter unter Geländekante
Geothermieleistung rund 10 MWth
Quelle: GEOVOL 2015
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Dublette II Geothermie Unterföhring
Quelle: GEOVOL 2015
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GEOVOL Geothermie Unterföhring
2-Dubletten System und Gas BHKW
M
Ufg
Quelle: GEOVOL 2015
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GEOVOLGeothermie Unterföhring 2
Dublette D II (Th3 und Th4)
Verfahren Hydrothermale Tiefengeothermie im Bayerischen Molassebecken ; Generalunternehmer
Th3 + Th4 DALDRUP & Söhne AG
Bohrung „Thermal 3“ (Reinjektionsbohrung) : Bohrzeit 19.05.2014 – 26.06.2014; Bohrdauer 39
Tage; Bohrstrecke (MD) 3.050 m; Bohrtiefe (TVD) 2.053 m
Thermalwassertemperatur 84 °C ; Thermalwassermenge 100 Liter/Sekunde
Bohrung „Thermal 4“ (Förderbohrung): Bohrzeit 10.02.2014 – 02.04.2014; Bohrdauer 51 Tage Bohrstrecke (MD) 3.897 m - Bohrtiefe (TVD) 2.341 m
Thermalwassertemperatur 93 °C ;Thermalwassermenge 90 Liter/Sekunde
Tauchkreiselpumpe - Hersteller Canadian Advanced ESP; Leistung ca. 1000 PS
Einbautiefe 600 Meter unter Geländekante
Geothermieleistung rund 10 MWth
Quelle: GEOVOL 2015
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Kirchweidach: Gewächshaus und Fernwärme
12 ha Fläche; soll erweitert werden um 8
ha; derzeit 80 Arbeitsplätze;
10 Mio. kg Tomaten p.a. ohne Einsatz von
Chemie und Grundwasser;
Einsparung von 4,2 Mio. m³ Erdgas;
gemeinsame Redundanz mit FWFW-Netz
Quelle Rödl&Partner 2015
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Stadtwerke München: Engagiert in Geothermie
Geothermie-Anlage München-Riem
Geothermie-Anlage Freiham
Quelle: Bohn Architekten
3D-Seismikmessungen 2012
vor Energiezentrale Freiham
Bohrungen für die
Geothermie-Anlage Sauerlach
Geothermie bei den Stadtwerken München
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GeothermieGeothermie-Heizwerk MünchenMünchen-Riem
Bohrungsdublette
3.020 m / 2.746 m TVD
Max. Förderstrom:
90 l/s
Fördertemperatur:
94 °C
Max. Geothermieleistung:
14 MW
3 Spitzen - / Reservekessel
Max Fernwärmeleistung: 34 MW
Brennstoff:
Erdgas
Inbetriebnahme Heizwerk
Bohrungen
2002
2003
Inbetriebnahme Geothermie
2004
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Geothermie–
Geothermie–Heizkraftwerk Sauerlach
Bohrungstriplette:
(1 Förder-, 2 Injektionsbohrungen)
Tiefen von 4.757 m bis 5.567 m MD
Thermalwasser: 110 l/s, 140°C
2-stufiger ORC-Prozess
Arbeitsmittel: Penta-Fluor-Propan
el. Leistung
5.100 kW
Stromproduktion 40.000 MWh/a
th. Leistung
4.000 kW
Wärmelieferung
4.000 MWh/a
CO2-Einsparung
36.000 to/a
Bohrungen
Kraftwerksbau
1. Wärmelieferung
1. Synchronisation
2007-2009
ab 2011
2012
2013
Geothermie bei den Stadtwerken München
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GeothermieGeothermie-Heizwerk Freiham
Energiezentrale: Planung und status
Neuer Stadtteil Freiham:
Gewerbe: 110 ha, 7.500 Arbeitsplätze
Wohnen: 190 ha, 20.000 Einwohner
Energiezentrale in Betrieb seit 2012
Bohrungen für Geothermie Herbst 2015
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25
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In Zusammenarbeit mit:
„Ganzheitlich optimierte und nachhaltige Reservoirerschließung für
tiefengeothermische Anlagen im bayerischen Molassebecken -
Entwicklung eines 50 MWel Kraftwerks und Erschließung von 400 MWth für die
Fernwärme in München“
GRAME
FKZ: 0325787A
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GRAME: Geophysikalische Messungen
GRAME: Geophysikalische Messungen
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GRAME: Eckpunkte Seismische Messungen
Art der Messung
Parameter
3 D Seismik
170 km² Fläche, 7587 Anregungspunkte, 35 Anregungslinien,
Linienabstand 400 m im Nordwesten, 500 m im Südosten
2 D Seismik
4 Linien à ca. 6 km Länge (gesamt 24,5 km), Anregungspunktabstand
50 m
Scherwellenexperiment
35 Anregungspunkte mit 4 Vibratoren, Punktabstand 500 m
Je eine Messung inSeismische
den Bohrungen Riem
Th1 und Freiham Th1,
GRAME: Eckpunkte
Messungen
Messpunktabstand 25 m, 130 Tiefenlevel ab Reservoirtiefe, Anregung
Geophonversenkmessungen
mit einem Vibrator von außen
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Geothermie bei den Stadtwerken München
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GRAME: Einbindung Geothermie in das SWM Fernwärmenetz
1.
Anlagentechnik und Auslegung:
Wärmeeinspeisepunkte Fernwärmenetz
Vor- und/oder Rücklaufeinspeisung
Temperaturabsenkung Vor- und Rücklauf
Netzanpassungsmaßnahmen
Regelung vorhandener Pumpstationen
2.
Wirtschaftlichkeitsanalyse:
Kostenermittlung
Wertermittlung
Sensitivitätsanalyse
Variantenprüfung
Optimierung
3.
Weitere Nutzungskonzepte
Aufbau eines Kältesystems
Wärmeinbindung in Kraftwerksprozesse
Speicherung von überschüssiger Wärme
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Rheinland - Pfalz
Planung der Erdwärmenutzung durch die
Gemeinde Insheim (ca. 2000 Einwohner)
Insheim
Quelle: Pfalzwerke geofuture GmbH
Quelle: LGB RLP
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Baden - Württemberg
Planungen in Oberschwaben
Pfullendorf
Bad Waldsee
Quelle: LGRB BadenBaden-Württemberg, Mai 2011
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Niedersachsen
In 2200 Metern Tiefe unter Bevensen befinden sich 80 bis 85 Grad heiße
Quellen, nach denen gebohrt werden könnte.
© Archivfoto
Planungen:
Bad Bevensen (hydrothermal)
MunsterMunster-Bispingen (EGS)
Hannover (EGS); Genesys
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Frage nach geologischen Horizonten, nutzbaren
geothermischen Ressourcen in Berlin und Brandenburg
• Mesozoikum
Vorlaufforschung der DDR
Berlin
Projekt Sandsteinfazies von GTN
• Paläozoikum
Groß Schönebeck
Feldversuch Seismik BerlinBerlin-Tempelhof
Heißwasseraquifere
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Nutzungshorizonte Mesozoikum
NeustadtNeustadt-Glewe
Quelle:Beide Abbildungen: GTN, 2014
Waren
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Berlin:
Die Frage nach der Erkundung in urbanen Gebieten
Kann Vibrationsseismik in Stadtgebieten angewendet und schlüssig interpretiert
werden?
Ziel: Dichte und Geschwindigkeit (Schallhärte) von Formationen zur Einordnung in mechanische
Stratigraphie
Stadtseismik auf dem Tempelhofer Feld
GASAG und GFZ Sektion Tiefensondierung:
Manfred Stiller, Klaus Bauer, Marcin Pussak
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Lage der Seismikprofile
Tempelhofer Feld
• 2 Seismikprofile entlang der
Startbahnen
• 1 mittlere Seismiklinie aus CDPs
• Tag und Nacht Seismik
• Volle (27t) und halbe VibratorVibrator-Kraft
Quelle: GASAG, GFZ
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Ergebnis Tempelhof
Reflexionsseismik mit Vibroseis ist in Großstädten (noise(noise-intensive)
prinzipiell möglich
Spezielles Datenprozessing unter Einsatz moderner Methoden führt zu
verbesserter Signalqualität mit klarer Strukturabbildung, sogar bei halber
Anregungskraft tagsüber
Dichte, Wellengeschwindigkeit, Materialkontrast und Mächtigkeit bestimmen
die seismoseismo-mechanische Stratigraphie
Quelle: Inga Möck, TUM
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Energieatlas Berlin
Anwendung des Berliner Untergrundmodells
Hydrothermales Wärmepotential des Mittleren
Buntsandsteins in GJ
(aus Kastner et al., 2012)
Aus: energyatlas.energie.tu-berlin.de
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Berliner Spreebogen (erdgebundene Wärmepumpen)
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Tiefe Geothermie NordrheinNordrhein-Westfalen
[email protected]
[email protected]
11. NRW Geothermiekonferenz 11.9.2015
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Tiefe Geothermie NRW
[email protected]
[email protected]
11. NRW Geothermiekonferenz 11.9.2015
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Ausblick: Wärmeerzeugung im Jahr 2050
Quellen: Greenpeace (G); „Klimaschutz: Plan B 2050 – Energiekonzept für Deutschland“, August 2009
World Wild Fund For Nature (WWF); „Vom Ziel her denken“, Oktober 2009
bezahlbar“,
ahlbar“, Mai 2010
Sachverständigenrat für Umweltfragen (SRU); „100% erneuerbare Stromversorgung bis 2050: klimaverträglich, sicher, bez
ForschungsVerbund Erneuerbare Energien (FVEE); „Energiekonzept 2050“, Juli 2010
Umweltbundesamt (UBA); „Energieziel 2050: 100% Strom aus erneuerbaren Quellen“, Juli 2010
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Geothermie:
• Strom, Wärme und Kälte
• Grundlastenergie (grundlastfähig)
• Umweltfreundlich (nachhaltig, regenerativ, klimaschonend)
• Versorgungssicher (keine Brennstoffe)
• Unerschöpfliches Reservoir
• Keine Brennstoffkosten
• Keine schwankenden Brennstoffkosten
• Heimische Energiequelle (krisensicher)
• Wertschöpfung bleibt in der Region
..und Wellness:
Danke für die Aufmerksamkeit
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