BFE Forschungsprogramm Geothermie Überblicksbericht 2013
Auftraggeber:
Bundesamt für Energie BFE CH-3003 Bern
Programmleiter BFE (Autor):
Dr. Rudolf Minder, Minder Energy Consulting GmbH (rudolf.minder@bluewin.ch)
Bereichsleiter BFE:
Dr. Gunter Siddiqi (gunter.siddiqi@bfe.admin.ch)
http://www.bfe.admin.ch/forschunggeothermie/
Für den Inhalt und die Schlussfolgerungen ist ausschliesslich der Autor dieses Berichts verantwortlich.
Titelbild:
Bohrplatz Geothermieprojekt St. Gallen (Foto: St. Galler Stadtwerke) Im Oktober 2013 liefen beim Geothermieprojekt der Stadt St. Gallen diverse Produk-tionstests. Wie vorgesehen wurde eine Säuerung durchgeführt, um die Durchlässig-keit zu erhöhen. Diese resultierte in einer deutlich höheren Wasserförderung sowie auch einem Austritt von Gas, welches abgefackelt wird.
Energieforschung 2012 – Überblicksberichte 171 IEA Klassifikation: 3.5 Geothermal
Schweizer Klassifikation: 2.5 Geothermie fasst mehrere Arten von Ressourcen,
welche sich bezüglich Technik, Nutzung und Entwicklungsstand stark unterschei-den. Die Technik der Erdwärmesonden-anlagen (EWS) zur Beheizung von Ge-bäuden ist heute weitgehend ausgereift und die Systeme können sich erfolgreich am Markt behaupten. Im Jahr 2012 wurden rund 2'500'000 m Erdwärme-sonden abgeteuft, was etwa 5’500 neu-en Anlagneu-en mit Erdwärmesondneu-en bzw.
Geostrukturen entspricht. Gegenüber 2011 ergab sich somit eine Reduktion von etwa 5 %. Bei den Neubauten blieb die Anzahl Installationen praktisch kon-stant, bei den Sanierungen von Altbau-ten ergab sich eine Reduktion um etwa 12 % [1]. Für 2013 werden keine gros-sen Änderungen erwartet. Der anhal-tende Markterfolg der EWS zeigt, dass die von der öffentlichen Hand zu finan-zierenden Forschungsbedürfnisse dieser Technik weitgehend abgedeckt sind.
Die Unterstützung im Bereich der Nie-dertemperatur- oder untiefen
Geother-komplexe Anlagen, insbesondere für kombiniertes Heizen und Kühlen sowie auf Verbesserungen bezüglich Qualität, Effizienz und Wirtschaftlichkeit. Auch im Gebiet der tiefen EWS (> 300 m) sowie Geo-Strukturen wie z. B. Energiepfählen [2] sind weitere Forschungsprojekte von Interesse.
Die hydrothermalen Ressourcen (z. B.
Heisswasser führende Aquifere und/
oder Bruchstrukturen im Untergrund) sind im Gegensatz zu den EWS nur in speziellen Gebieten verfügbar, wo Was-sermenge, Temperatur und Produktivität ausreichend sind. Je nach Temperatur des Wassers kann die Wärme direkt zu Heizzwecken genutzt werden, bei sehr günstigen Verhältnissen ist auch eine Stromproduktion möglich. Sowohl im allgemeinen Bereich als auch in Zusam-menhang mit konkreten Projekten be-steht für Forschung und Entwicklung sowie Pilot- und Demonstrationsanlagen ein substantieller Bedarf.
der «Enhanced oder Engineered Geo-thermal Systems» (EGS) hat weltweit wie auch in der Schweiz ein sehr grosses Potenzial, da solche Systeme in vielen Regionen grundsätzlich realisierbar sind.
Die Erfahrungen bezüglich der induzier-ten Seismizität bei verschiedenen Pilot-projekten haben auch gezeigt, dass für die Entwicklung von tiefliegenden Re-servoiren noch wenig Erfahrung vorliegt und dass in diesem Bereich noch grosse, langfristige Forschungsanstrengungen notwendig sind. Wegen des grossen Aufwands besonders wichtig ist auch die Teilnahme der Schweiz in internationa-len Programmen wie dem IEA-Geother-mal Implementing Agreement und der International Partnership for Geothermal Technology IPGT und auch in Aktivitäten der Europäischen Union. Die nachhalti-ge Gewinnung von Wärme aus einem in 5000 m Tiefe liegenden Felsvolumen ist eine enorme Herausforderung und erfordert Kenntnisse aus den verschie-densten Disziplinen.
Geothermie / Géothermie
Die Schwerpunkte der Geothermiefor-schung lagen 2013 wiederum in der tiefen Geothermie, einerseits bei den hydrothermalen Quellen, andererseits bei den Enhanced Geothermal Systems (EGS). Im Bereich der untiefen Geother-mie beschränken sich die Forschungs-arbeiten auf besondere, noch nicht am Markt etablierte Anwendungen, sowie auf Fragen der Effizienz und Qualitäts-sicherung. Von grosser Bedeutung ist neben der Forschung die Realisierung von Pilot- und Demonstrationsanlagen.
In den nächsten Jahren sollen erste hy-drothermale Projekte für die Strom- und Wärmeerzeugung realisiert werden.
Langfristig wird wegen des grossen Po-tenzials weltweit, aber auch lokal in der Schweiz grosse Hoffnung auf die Tech-nik der EGS gesetzt.
Rückblick und Bewertung 2013 Bei der geothermischen Forschung erga-ben sich im 2013 gegenüber den Vorjah-ren keine grundlegenden Verschiebun-gen in den Prioritäten. Nach wie vor lag der Fokus auf der tiefen Geothermie. Bei den tiefen hydrothermalen Ressourcen befinden sich derzeit einige Projekte in verschiedenen Stadien der Bearbeitung.
Besonders zu erwähnen ist das Wärme-projekt Schlattingen [3] wo 2012 eine erste Bohrung erfolgreich realisiert wur-de. 2013 wurde dann eine zweite, abge-lenkte Bohrung abgeteuft, welche eine etwas höhere Ergiebigkeit aufweist. Das
Ziel des Projekts, die Energieversorgung des Betriebs der Firma Grob Gemüse und Landbau mittels geothermischer Wärme, ist somit in greifbarer Nähe.
Wichtige Entwicklungen sind auch beim Projekt der Stadt St. Gallen [4] zu ver-melden. Nach erfolgreicher Abteufung der ersten Bohrung bis auf 4’450 m wurden ein Injektionstest sowie eine Säuerung vorgenommen. Im Anschluss daran ergab sich am 19. Juli 2013 ein Gas-Wasser-Austritt, welcher durch die Injektion von schwerer Bohrspülung ge-stoppt werden musste. Am Folgetag er-folgte eine weitherum spürbare seismi-sche Erschütterung der Magnitude 3,6.
Seither werden Messdaten ausgewertet und verschiedene Untersuchungen vor-genommen. Mit den Produktionstests vom Oktober 2013 konnte der erhoffte Nachweis einer relevanten Wasserfüh-rung im erschlossenen Malmkalk er-bracht werden. Weitere Untersuchun-gen sind noch im Gange, ein definitiver Entscheid, ob und wie das Projekt wei-tergeführt werden kann, ist etwa Mitte 2014 zu erwarten.
Bei der Forschung im Gebiet der EGS wurden wichtige Ergebnisse in der Auf-arbeitung des Basler Projektes durch das Projekt GEOTHERM erzielt, welches im Berichtsjahr abgeschlossen wurde [5].
Wegen der langfristigen und aufwändi-gen Forschung in diesem Bereich wur-de die internationale Vernetzung über Organisationen wie der Internationalen Energie-Agentur IEA [6], der
Internatio-nal Partnership for Geothermal Techno-logy IPGT [7] oder dem 2012 begonne-nen EU-Projekt Geothermal ERA-NET [8]
weiter ausgebaut.
Bei der untiefen Geothermie wurden ins-besondere Projekte mit tiefen Erdwärme-sonden – im Bereich von 300 – 1000 m – unterstützt. Mit solchen Sonden kann geothermische Energie auch in Gebieten gefördert werden, welche sich für den Einsatz der üblichen EWS nicht eignen.
Damit kann längerfristig der EWS-Markt weiter ausgeweitet werden [9].
Ausblick
Für das Jahr 2014 sind beim Forschungs-programm keine grundsätzlichen Än-derungen geplant. Nachdem mit dem Projekt Schlattingen im hydrothermalen Bereich ein erster Erfolg erzielt wurde, gilt es, die praktische Nutzung dieser Re-serve zu realisieren. Das Projekt Schlat-tingen bietet auch die Möglichkeit, durch weitere Untersuchungen an den Bohrungen wissenschaftliche Erkennt-nisse und praktische Erfahrungen zu sammeln. Derzeit offen ist die Situati-on beim Projekt Geothermie St. Gallen.
Obwohl erste Daten ein interessantes umsetzbares Potenzial vermuten lassen, sind weitere Abklärungen notwendig, insbesondere auch bezüglich des seismi-schen Risikos.
Im Bereich der Enhanced Geothermal Systems wurde das Folgeprojekt Geo-therm 2 gestartet, welches von der ETHZ koordiniert wird [10]. Die Mitwirkung von Schweizer Forschern in verschiede-nen Arbeitsgruppen der IPGT soll weiter-geführt werden.
Eine wichtige Massnahme zur Errei-chung der energiepolitischen Ziele ist die Intensivierung der Energieforschung.
Der Bund schafft deshalb sieben «Swiss Competence Centers for Energy Re-search» (SCCER) [11]. Beim an der ETHZ angesiedelten Kompetenzzentrum zum Thema Strombereitstellung nimmt auch die Geothermie einen grossen Stellen-wert ein. Ein Ziel ist es etwa, mit dem geplanten Kapazitätsaufbau die For-schungsgrundlagen zu erarbeiten, so dass bis 2050 eine Million Schweizer Haushalte mit Strom aus Erdwärme ver-sorgt werden können.
Programmschwerpunkte
Verschiedene Nutzungsarten der geothermischen Energie (Quelle: S. Cattin, CREGE)
Energieforschung 2012 – Überblicksberichte 173