Geothermischer Ressourcenatlas der Schweiz - Schweizerische ...

Energieforschung:
Projekt: 100’022 Vertrag: 150’812
2. Vorgehen
2.1 Allgemein
Geothermie im Auftrag des
Bundesamts für Energie BFE
Die Bearbeitung jedes der in Figur 1 aufgeführten Untersuchungsgebiete erfolgt gemäss dem in
Andenmatten und Kohl (2003) erarbeiteten Ablauf in folgenden Schritten:
1. Sichtung verfügbarer geologischer, hydrogeologischer und petrophysikalischer Daten
2. Erstellen eines geologischen Modells
3. Numerische Simulation des Temperaturfeldes
4. Anpassen des Modells an gemessene Temperaturdaten
5. Bestimmen des regionalen Wärmeflusses
6. Analyse der regionalen hydrogeologischen Bedingungen
7. Quantifizieren der vorhandenen geothermischen Ressource
8. Definition von geothermisch interessanten Regionen unter Einbezug von Daten zur
Oberflächennutzung
2.2 Quantifizieren der vorhandenen geothermischen Ressource
Das Hauptziel bei der Evaluation des geothermischen Potentials in einem Gebiet ist nicht nur die
Quantifizierung der verfügbaren Energie, sondern auch die Bewertung von hydrothermalen Zonen,
die es erlauben die Energie auch zu fördern. Die total verfügbare Energie, EHIP (Heat in Place), ist
definiert als
EHIP P
= ρc
⋅ ∆T
⋅ V
[J] (1)
wobei ρcP die spezifische Wärmekapazität des Gesteins [J m -3 K -1 ], ∆T die nutzbare
Temperaturdifferenz [K] und V das Volumen des Reservoirs [m 3 ] ist.
Die nutzbare Energie, Eut, lässt sich aus der förderbaren thermischen Leistung, pth, eines Systems
bestimmen. Eut ist die Energiemenge, die mit Hilfe eines Entzugsmediums (in der Regel Wasser)
während einer Zeitspanne, dt, mit der Leistung pth entzogen werden kann:
pth P f
E
ut
= ( ρc
) ⋅ ∆T
⋅ Q
[W] (2)
= ∫ p ⋅ dt
[J] (3)
th
wobei (ρcP)f die spezifische Wärmekapazität des Fluids [J m -3 K -1 ] und Q die Förderrate [m 3 s -1 ] ist.
Für die Bestimmung der nutzbaren geothermischen Energie wird in dieser Arbeit nachfolgend eine
Dublettennutzung mit einer Injektions- und Produktionsbohrung angenommen. Dies ist die einfachste
Form der Nutzung, bei der eine nachhaltige hydraulische Bewirtschaftung des Untergrundes
gewährleistet ist. In der Regel entspricht hier die Produktionsrate der Reinjektionsrate.
Selbstverständlich ist dies nicht unbedingt die ökonomisch sinnvollste Nutzung, dies zeigt sich in der
Praxis durch die häufige Anwendung von Singlet-Bohrungen.
Die Förderrate, Q, kann für ein Dubletten-System in porösem Medium mit einer iterativen Formel nach
Gringarten (1978) prognostiziert werden:
Q
4π
⋅ Tr ⋅ ∆P
b
2
( 3 ⋅ Q ⋅ c ⋅ ∆t
/ π ⋅ ∆z
⋅ r )
i+
1 =
[m
ln i
w
3 s -1 ] (4)
wobei Tr die Transmissivität [m 2 s -1 ] ist, ∆Pb die maximale Grundwasserabsenkung in der
Förderbohrung [m], ∆t die Zeitspanne, während der die Fördertemperatur nicht messbar sinkt [s] (Dies
entspricht einer Betriebszeit von ca. 30 Jahren), c das Verhältnis zwischen Wärmekapazität des
Fluids und des Aquifers [-], ∆z die Reservoirhöhe [m], rw der Bohrlochradius [m] und Qi die Förderrate
beim i-ten Iterationsschritt [m 3 s -1 ]. Nach Gringarten (1978) kann zudem auch die Distanz zwischen
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