Geothermische Energie in Singapur

Neue Kollaboration der GAB

Die MSE und die Geothermie-Allianz Bayern (GAB) konnte gemeinsam mit der Nanyang Technological University (NTU) und TUM CREATE den Zuschlag für die Durchführung des von Singapur ausgeschriebenen Projekts "Geothermal-driven technologies for passive enabling of urban sustainability solutions" in erhalten. Wir freuen uns auf die gemeinsame Forschung und Kooperation.

Zum Hintergrund: Singapur ist ein kleiner, aber dicht besiedelter Stadtstaat, dem hervorragende geologische Bedingungen mit hohen Wärmeströmen im Untergrund nachgesagt werden. Damit würde er sich als einen erstklassigen Standort für die geothermische Energienutzung eignen. Das Projekt zielt darauf ab, das geothermische Potenzial Singapurs durch die Bohrung einiger oberflächennaher Bohrungen und einiger weniger Tiefbohrungen empirisch zu bestätigen. Die angestrebten Ergebnisse umfassen ein besseres Verständnis der Geologie Singapurs zu entwickeln und die Bewertung der unterirdischen geothermischen Ressourcen zu ermöglichen. Es soll damit bei der Entwicklung neuer Technologien in den Bereichen Bohrtechnik, Wärmenutzung und -umwandlung, wie Stromerzeugung, Kälteerzeugung oder der Trinkwasserproduktion, sein.

Die MSE und das gemeinsame Forschungsprojekt GAB werden entscheidende Erkenntnisse über den Einsatz geothermischer Systeme in dicht bebauten städtischen Gebieten beisteuern. Im Rahmen ihrer bisherigen Forschung konnten sie umfangreiche Erfahrungen im Umgang mit Energiesystemen, insbesondere ORC, Wärmepumpen und Kühlsystemen sammeln, die im Kollaborationsprojekt zum Tragen kommen sollen.

Gutachten zum Mehrwert von Verbundleitungen bei der Nutzung der Tiefengeothermie

Optimierung der geothermischen Potentialausschöpfung

Das Forscherteam des Verbundprojekts Geothermie-Allianz Bayern hat in einem Gutachten für das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Energie und Landesentwicklung das Potential der Tiefengeothermischen Nutzung durch Verbundleitungen evaluiert. Nach ihren Erkenntnissen kann das Potential durch den großangelegten Transport von Fernwärme technoökonomisch optimal genutzt werden und bietet damit eine Chance große Mengen CO2 in der Wärmeversorgung einzusparen. Eine Zusammenfassung der Ergebnisse finden Sie in der aktuellen Ausgabe des Magazins Geothermische Energie (Link ).

In den letzten fünfzehn Jahren hat sich Bayern zu einem Hotspot  tiefengeothermischer Nutzung in Europa entwickelt. Mittlerweile werden dort im sog. Molassebecken 23 Anlagen betrieben, die klimafreundliche Wärme, Strom und Kälte bereitstellen. Beispielsweise plant die Landeshauptstadt bis 2040 ihre Fernwärmeversorgung klimaneutral und größtenteils aus Tiefengeothermie zu decken. Die Nutzung der tiefen Erdwärme ist allerdings nicht auf München beschränkt.

Hohes Potential in Südbayern

Die in dieser Studie berechnete Nachfrage für Raumwärme und Warmwasser beträgt knapp 160 TWh. Insgesamt wurden 99 Fernwärmebedarfsgebiete in Bayern identifiziert, in denen Fernwärme eine potentielle Versorgertechnologie darstellt. Diese Gebiete entsprechen fast 50 % der Gesamtwärmenachfrage in Bayern. Allein das tiefengeothermische Potential im Molassebecken könnte laut den Abschätzungen 80 % des Fernwärmebedarfs (7655 MWth) decken. Zur Hebung des enormen Potentials wären theoretisch etwa 500 Dubletten, also Förder- und Injektionsbohrungen notwendig.

Fündigkeitsprognosen – ist heißes Wasser ausreichend vorhanden?

Die Fündigkeit weiterer Geothermiebohrungen und damit die Grundvoraussetzung für den wirtschaftlichen Erfolg der Tiefengeothermie, lassen sich für das Molassebecken vergleichsweise gut voraussagen. Sie weist hinsichtlich ihrer Prognostizierbarkeit jedoch lokal deutliche Unterschiede auf. Vergleichsweise gute Fündigkeitsprognosen sind insbesondere in München, südlich von München und in der östlichen Molasse gegeben, wo es heute bereits eine vergleichsweise hohe Anzahl erfolgreicher Bohrungen gibt.

Optimale Ausschöpfung der Ressource

Die Stärken spielt die Geothermie insbesondere in der Grundlastversorgung aus. Voraussetzung eine Tiefengeothermie-Anlage wirtschaftlich zu betreiben ist, dass die Wärme über ein Fernwärmenetz in ausreichendem Maße abgenommen werden kann. In vielen Teilen des Molassebeckens liegen besonders günstige geothermische Bedingungen vor, die jedoch nicht mit den Wärmeabnehmern an der Oberfläche direkt zusammenfallen. In diesen Fällen gibt es die Möglichkeit über Verbundleitungen die Wärme zu den Verbrauchern zu transportieren und somit das Potential optimal ausschöpfen. Durch den Bau größerer Verbundleitungen erhöht sich die geförderte geothermischen Energiemenge und folglich auch ihr Anteil an der Wärmeversorgung – die Anzahl der benötigten Anlagen wird minimiert. Werden fossile Energien aus dem Wärmenetz verdrängt, lassen sich hohe Mengen CO2 einsparen – Bei Grundlastdeckung durch Tiefengeothermie etwa zwei Millionen Tonnen pro Jahr. Die Analysen zeigen, dass sich die Verbundleitungen auch positiv auf die Wärmegestehungskosten auswirken können sowie die Ausfallsicherheit von Anlagen erhöht.

Hohe Investitionskosten – Ein Hemmnis

Die Umsetzung eines Tiefengeothermieprojekts ist mit hohen Investitionskosten verbunden. Durch den Bau größerer Verbundleitungen werden diese Kosten weiter erhöht. Für kommunenübergreifende Verbundleitungen zum Transport grüner Fernwärme in die Nachbargemeinde und darüber hinaus stehen momentan jedoch keine gleichwertigen Förder-Mechanismen zur Verfügung, wie es sie für die Wärmeproduktion vor Ort gibt. Die Technologie wird für Kommunen oder Investoren dann wirtschaftlich attraktiv, wenn die Anfangskosten insbesondere für Bohrung, Netzausbau oder Verbundleitungen geringer werden und gesellschaftlich mitgetragen werden können.

Die Studie wird in den kommenden Wochen vom Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Energie und Landesentwicklung veröffentlicht.

Kontakt: Dr. Maximilian Keim; Tel.: +49 (89) 289 - 10641; maximilian.keim@tum.de

Flexibilitätsoptionen der Strom- und Wärmeerzeugung mit Geothermie in einem von volatilem Stromangebot bestimmten Energiesystem

Abschlussbericht

Die zukünftige Bereitstellung von Strom wird vermehrt durch volatile Erzeuger, wie Solar und Wind geleistet werden, wodurch die Bereitstellung von Regelleistung an Bedeutung zunehmen wird. Tiefengeothermie ermöglicht eine grundlastfähige Bereitstellung von Strom und Wärme, weshalb sich die Frage stellt, ob sie grundsätzlich auch für die Bereitstellung von Regelleistung geeignet sein könnte. Das Forschungsprojekt GeoFlex zeigt, dass aus technischer und hydrogeochemischer Sicht nichts gegen einen flexiblen Betrieb von Geothermie-basierten Strom-Wärme-Systemen spricht und somit Regelleistung bereitgestellt werden kann, ohne die Fernwärmeversorgung negativ zu beeinflussen. Diese Erkenntnis kann insbesondere für den zukünftigen von volatil geprägtem Stromangebot bestimmten Strommarkt von Bedeutung sein. Insbesondere erhöhen zusätzliche Flexibilisierungselemente, wie Wärmespeicher und Wärmepumpen das ökonomische und technische Potential und führen so insgesamt zu einem systemdienlicheren Verhalten. Um das Potential zu erschließen und den Ausbau von Flexibilisierungsoptionen zu fördern, müssten unter aktueller Marktlage, entsprechende Anreize geschaffen werden.

Den Abschlussbericht des im Auftrags des Bundesumweltamtes (UBA) bearbeiteten Forschungsprojektes können Sie unter folgendem Link abrufen: Geoflex-Abschlussbericht

Neue Broschüre der GAB

Forschungsergebnisse der ersten Laufzeit kompakt

Pünktlich zum Ende der ersten Laufzeit der Geothermie-Allianz Bayern (GAB) haben wir eine Broschüre zusammengestellt. Die Broschüre hat das Ziel, die wichtigsten Forschungsergebnisse der GAB aus den jeweiligen Teilprojekten in komprimierter Form darzustellen, um einen Überblick über die Arbeiten zu gewinnen. Sie richtet sich an Forschungseinrichtungen, Anlagenbetreiber, Behörden, Planungsbüros, die Politik sowie interessierte Laien.

Der Forschungsverbund der Geothermie-Allianz Bayern hat sich in seiner vierjährigen Projektlaufzeit von 2016 bis 2019 erfolgreich etabliert. Durch die interdisziplinäre Forschung von Ingenieuren und Geowissenschaftlern konnten in der Zusammenarbeit mit Geothermieanlagenbetreibern und Behörden wichtige Fragen im Bereich der Tiefengeothermie beantwortet werden. Durch hydrogeochemische Untersuchungen lässt sich die Bildung von nicht gewollten Ablagerungen quantitativ verstehen und geeignete Gegenmaßnahmen ergreifen. Im Bereich des Anlagenbetriebes konnten optimale Betriebsstrategien für Geothermiekraftwerke entwickelt werden, um so die Effizienz und damit die Wirtschaftlichkeit der Technologie zu steigern. Das geothermische Reservoir in Südbayern wurde hinsichtlich seiner Eigenschaften untersucht, wobei sich nun regionale Trends in der Fündigkeit erklären und mögliche Risiken, wie die induzierte Seismizität besser abschätzen lassen. Mit den durchgeführten Explorationsmaßnahmen in Nordost-Bayern konnten auch hier neue Einblicke in den Untergrund gewonnen werden und somit ein wichtiger Schritt für ein petrothermales Pilot-Projekt in Bayern gemacht werden. Darüber hinaus wurde der neue Joint-Degree-Masterstudiengang GeoThermie / GeoEnergie von FAU und TUM erfolgreich eingerichtet.

Die Broschüre können Sie unter folgendem Link abrufen: GAB_Broschüre2020.

Visualisierung der Rissausbreitung in Gesteinen

Einsatz von Hochgeschwindigkeitskameras

Die Forschungsgruppen ‚Simulation in Applied Mechanics‘ von Dr. Stefan Kollmannsberger an den TUM-Lehrstühlen für Computation in Engineering und Computational Modeling and Simulation sowie ´Geothermie` von Prof. Kurosch Thuro am Lehrstuhl Ingenieurgeologie gehen Fragen rund ums Thema Rissausbreitung sowie dessen präziser Simulation auf den Grund. Bei der Tiefengeothermie spielt der Versagens-Mechanismus im Reservoirgestein eine außerordentlich wichtige Rolle. In der Vergangenheit sind im Zuge der geothermischen Förderung mikroseismische Ereignisse an Geothermieprojekten aufgetreten, welche durch Bruchvorgänge und den Versatz von Trennflächen im Untergrund ausgelöst wurden. Ein gutes Untergrundmodell mit entsprechender Simulation kann hierbei helfen, größere Risiken rechtzeitig zu erkennen. Häufig wird bei der Reservoir- und Bohrlochstabilitäts-Modellierung jedoch mit einfachen Literaturwerten oder Annahmen der geomechanischen Gesteins- und Gebirgskennwerte gearbeitet. Dies hat zur Folge, dass das Bruchverhalten und die Rissausbreitung im Gestein nur ungenau vorhergesagt werden können. Im Rahmen der Geothermie-Allianz Bayern wird sich daher den Themen Reservoir- und Bohrlochstabilität vermehrt angenommen. Die Charakterisierung von Reservoirgesteinen soll dabei durch ein digitales Modell ergänzt werden, welches neben der Fazies auch das Bruchverhalten einschließt. Als Grundlage für den Aufbau des digitalen Modells kommen dabei Computertomographie-Verfahren, Hochgeschwindigkeitskameras und akustische Emission zum Einsatz. Als kleiner Vorgeschmack wird im diesem Videobeitrag des am Lehrstuhl für Ingenieurgeologie angesiedelten Teilprojektes das Leistungsvermögen der Hochgeschwindigkeitskameras zusammen mit einer kurzen Projektbeschreibung vorgestellt.

Kraft-Wärme-Kopplung aus hydrothermaler Geothermie in Deutschland

Eine Abschätzung des Potenzials

Die neuste Studie untersucht das Potenzial der hydrothermalen Geothermie für die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) in Deutschland. Die Analyse gibt einen fundierten Überblick über die bestehenden Geothermiekraftwerke und deren thermodynamische und wirtschaftliche Leistungsfähigkeit. Ausgehend vom theoretischen Potenzial der hydrothermalen Wärme wird das technische und wirtschaftliche Potenzial mit einer Bestandsaufnahme und Analyse der bestehenden geothermischen Anlagen ermittelt. Dazu werden die thermodynamische und wirtschaftliche Leistungsfähigkeit der in Betrieb befindlichen Kraftwerke analysiert und Modelle für den Wirkungsgrad und die Produktionskosten entwickelt. Auf Basis dieser Analyse wird ein technisches Potenzial von 12,2 PWh und 16,7 PWh sowie ein wirtschaftliches Potenzial von 9,1 PWh und 12,5 PWh ermittelt. Um aus dem wirtschaftlichen Potenzial einen jährlichen Beitrag abzuleiten, wird die Regeneration der Ressource berücksichtigt. Unter Berücksichtigung einer nachhaltigen Ausbeutungsquote wird ein jährliches wirtschaftliches Potenzial von 9,1 TWh/a und 12,5 TWh/a abgeleitet.

Die Bewertung des geothermischen Potenzials in Deutschland ist für politische Entscheidungen notwendig, insbesondere im Hinblick auf zukünftige Anpassungen der im EEG festgelegten Einspeisevergütungen.

Die Studie wurde kürzlich im einflussreichen Journal 'Renewable and Sustainable Energy Reviews' veröffentlicht und ist bis zum 4. Februar 2020 frei unter folgendem Link zugänglich: https://authors.elsevier.com/a/1aEtQ4s9Hvxm5u

 

80. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft in München

Im kommenden Frühjahr findet vom 23-26. März in München die 80. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft statt. Die Tagung bietet ein Forum zur Präsentation aktueller Forschungsergebnisse aus allen Bereichen und zu allen Themenfeldern der Geophysik. Ein Schwerpunktthema mit lokalem Bezug wird dabei die Geothermie sein. Hier sind Beiträge zu einem weiten Spektrum von Fragestellungen zu strömungsmechanischen Prozessen, der Reaktion der Gesteinsmatrix auf kurzen und langen Zeitskalen, des Einflusses der Produktionsparamater, bis hin zur Quantifizierung möglicher induzierter Seismizität zu erwarten. Im Anschluss an die Tagung wird am Freitag, den 27. März, zudem ein gemeinsamer Workshop von SEG und DGG zum Thema „Geophysical Exploration from Fossil to Geothermal Reservoirs” stattfinden. Details werden in auf der Internetseite der Tagung veröffentlicht. Das wissenschaftliche Programm wird wiederum bereichert durch Auftritte zahlreicher Firmen und Aussteller, die in diesem Rahmen Gelegenheit haben ihre Produkte und Entwicklungen sowie die eigene Firmenpräsenz einem breiten Publikum vorzustellen. Alle weiteren Informationen finden sich auf der Tagungswebseite unter https://dgg2020.dgg-tagung.de.

Tiefengeothermisches Wärmepotential der Metropolregion München

Das tiefengeothermische Wärmepotential ist in Südbayern besonders hoch. Bis zu 67 % des Wärmebedarfs könnten demnach mit der Tiefengeothermie allein in der Metropolregion München gedeckt werden. Unsere neueste Studie zeigt eine Potentialabschätzung zur Wärmeversorgung basierend auf den Produktionsdaten aktiver Geothermieanlagen. Entsprechend unterscheidet sich der gewählte Ansatz von den gängigen volumetrischen Ansätzen, welche möglichst detaillierte Kenntnisse der Reservoir-Eigenschaften voraussetzen. Konkret wird die Metropolregion München als Studiengebiet gewählt, welche rund 40 % der Gesamtfläche Bayerns (den größten Teil des Süddeutschen Molassebeckens) und 45 % der Einwohner Bayerns abdeckt. Weiterhin wurden die Potentiale mit Hinblick auf Verbraucher sowie Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeitsaspekte miteinbezogen.

Die Studie können Sie hier herunterladen.

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Fallstudie über den Bürgerentscheid zum Geothermieprojekt Puchheim

Die Geothermie-Allianz Bayern hat ein Positionspapier über den Bürgerentscheid im August 2018 zum Geothermieprojekt Puchheim verfasst. Darin enthalten ist eine chronologische Zusammenstellung der bedeutenden Ereignisse und Argumente der beteiligten Interessengruppen. Das Paper hat nicht zum Ziel, die Gründe zu identifizieren und zu bewerten, die letztendlich zum Ausgang des Bürgerbegehrens geführt haben, vielmehr sollen die zusammengetragenen Argumente Hinweise geben, was dem Ausbau der Tiefengeothermie entgegenstehen kann und wo Forschungsbedarf besteht.

Sie können diese Chronik hier herunterladen.

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