SED

Das Deep-Heat-Mining-Projekt in Basel

Deep Heat Mining und Seismologie

Einführung

Deep Heat Mining bezeichnet den Entzug geothermischer Energie aus einem künstlich geschaffenen unterirdischen Reservoir zur Produktion von Wärme und Strom. Hot Dry Rock ist die dabei verwandte Technologie. Sie nutzt das beinahe unerschöpfliches Wärmereservoir der Erde zur Produktion von Wärme über einen geschlossenen Wasserkreislauf (Abb. 1). Im Gegensatz zu einem geothermischen Feld in einer vulkanischen oder tektonischen Anomalie hängt ein Hot-Dry-Rock-Verfahren von der künstlichen Stimulation im festen Gestein durch hydraulisches Aufbrechen von Klüften ab. Dabei presst eine Injektionspumpe kaltes Wasser (blau) in ein Wärmereservoir. Das Wasser erwärmt sich am zerklüfteten Gestein und wird wieder an die Oberfläche gepumpt (rot). Dort entzieht ein Wärmetauscher dem Wasser die Energie zur Strom- und Wärmeproduktion. Das Wasser (Fluid) zirkuliert dabei in einem geschlossenen Kreislauf, wobei der Reservoirdruck und der Fluid- Durchfluss durch die ausgeglichenen Förder- und Produktionsraten gesteuert werden.

Hochtemperatur-Felder liefern in einigen Ländern, beispielsweise in Island, Italien und USA, bedeutende Beiträge zur Strom- und Wärmeproduktion. Durch Deep Heat Mining soll das Potential auch in Gebieten mit geringeren Reservoir-Temperaturen (z.B. Frankreich, Schweiz) zumindest teilweise ausgeschöpft werden (Quelle: www.geothermal-energy.ch und Häring GeoProject, Steinmaur).

Deep Heat Mining ist auch die offizielle Bezeichnung des Basel-Projektes.

Hot Fractured Rock

Abb. 1: Modell für ein Hot-Fractured-Rock-Verfahren. Zur Erläuterung siehe Text (Quelle: Häring GeoProject, Steinmaur).

Das Deep-Heat-Mining-Projekt in Basel

Grundzüge des Basler Geothermieprojekts

Deep Heat Mining

Deep Heat Mining ist ein schweizerisches Energieforschungsprojekt, das den Bau einer Pilotanlage für ein geothermisches Kraftwerk nach dem Hot-Dry-Rock- respektive dem Hot-Fractured-Rock-Verfahren vorsieht. Dabei wird kaltes Wasser ins heisse Gestein gepresst, wo es erhitzt wird, bevor es wieder zurück an die Erdoberfläche befördert wird. Dort kann es zur Wärme- und Stromerzeugung genutzt werden.

Mittelfristig soll mit dem Projekt eine umweltverträgliche Energiegewinnung möglich werden. Ziele sind auch die Nutzung einheimischer Energiequellen und die Reduktion des Energieimports. Es soll in Basel eine Pilotanlage gebaut werden, die ohne CO2-Ausstoss oder der Produktion von hochgiftigem oder radioaktivem Abfall 6 Megawatt Strom und 17 Megawatt Wärme liefert. Dies entspricht dem Bedarf an elektrischer Energie von rund 10000 Haushalten und dem Wärmebedarf von 2700 Haushalten. Vorgesehen sind Bohrungen in 5000 Metern Tiefe, wo Temperaturen von 200 Grad Celsius genutzt werden können.

Als Standort des künftigen Geothermiekraftwerks ist der Werkhof der IWB in Basel-Kleinhüningen vorgesehen. Die gewonnene Wärme kann von dort in das gut ausgebaute städtische Fernwärmenetz eingespeist werden. In den Sommermonaten, wenn der Bedarf an Fernwärme gering ist, wird das Kraftwerk hauptsächlich Strom produzieren.

Die Entwicklung des Projektes erfolgt in zwei Teilschritten:

In der Explorationsphase bis Mitte 2007 wird das geothermische Reservoir, also das unterirdische System der Klüfte und Risse im Gestein, schrittweise erschlossen. Die Explorationsphase ist mit Risiken behaftet, die mit einer systematischen Entwicklungsplanung minimiert und berechenbar werden. In diese Phase fällt die Abteufung der ersten Tiefenbohrung in Kleinhüningen, die planmässig im Mai 2006 begann. Mitte bis Ende Oktober wird die gewünschte Tiefe von 5 km erreicht sein. Anschliessend wird mit der Injektion von Wasser begonnen, das die weit verzweigten Risse im Gestein aufbricht und vorhandene Klüfte erweitert (Stimulation des Gesteins/Reservoirs). Dieser Prozess löst kleine Erdbeben aus. Anhand der Lokalisierung dieser Mikrobeben lässt sich feststellen, ob das Wasser im erforderlichen Masse durch das heisse Reservoir zirkuliert; dies ist Voraussetzung für den ausreichenden Wärmeaustausch zwischen Gestein und Wasser. Kann so gezeigt werden, dass das Reservoir sich zur wirtschaftlichen Energieproduktion eignet, wird eine zweite Tiefenbohrung ausgeführt werden, deren Position durch die Lage des Reservoirs bestimmt ist. Gleichzeitig werden die oberirdischen Kraftwerkanlagen gebaut werden.

Die Anlage in Basel ist die weltweit erste, die das Hot-Fractured-Rock-Verfahren zur kommerziellen Energiegewinnung einsetzen möchte. Dass die Region Basel für die Anwendung dieses Verfahrens prinzipiell geeignet ist, zeigte der erfolgreiche Abschluss der 2700 m tiefen Sondierbohrung am Zoll Otterbach. Mit dem Projekt in Basel soll die Machbarkeit dieser Technologie geprüft werden (nach: Jahresbericht Geopower Basel AG 2005).

Für weitere Informationen siehe Deep Heat Mining, Geopower Basel AG und Geothermal Explorers Ltd.

Die Rolle des Schweizerischen Erdbebendienstes (SED)

Das Hineinpressen des kalten Wassers in den Untergrund mithilfe der Tiefenbohrung bewirkt eine Erweiterung der bereits im Gestein vorhandenen Zwischenräume. Genau genommen kommt es zu Bewegungen zwischen den beiden Seiten eines Bruches oder einer Kluft. Dadurch werden eine Vielzahl kleiner Beben, sogenannte Mikrobeben, ausgelöst. Sie markieren den Weg, den sich das Wasser im Untergrund sucht. Mit Hilfe der Beben und ihrer Lokalisierung kann also auf das vom Wasser erschlossene Wärmereservoir geschlossen werden. Somit sind die Mikrobeben ein wesentlicher Bestandteil der Stimulation: Sie zeigen, dass sich die Durchlässigkeit des Gestein erhöht und dass das Wasser in dem erforderlichen Masse durch das heisse Reservoir zirkuliert. Bei ausreichender Stimulation wird aufgrund der Anordnung der Beben, also der Lage des Reservoirs, die Position der zweiten Bohrung, der Produktionsbohrung, festgelegt.

Die zu erwartenden Beben sind in der Regel so klein, dass sie nicht an der Erdoberfläche verspürt werden, sondern nur von empfindlichen Seismographen aufgezeichnet werden. Vereinzelt kann jedoch auch einmal ein etwas grösseres Beben entstehen, dass von der Bevölkerung als Ruck oder Knall wahrgenommen werden kann. Der Erdbebendienst ist verantwortlich für die unabhängige seismische Überwachung der Stimulation. Die aufgezeichneten Erdbeben werden fortlaufend auf einem für diesen Zweck erweiterten Seismographennetz registriert, vom SED lokalisiert und als Datenbank und auf Karten auf diesen Internetseiten publiziert. Für den Fall, dass ein aufgezeichnetes Beben die Stärke ML = 2.0 aufweist oder überschreitet, informiert der Erdbebendienst zusätzlich die nötigen Instanzen.

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