Übergeordnete Ziele

Das Ziel des Projektes GFK-Monitor ist ein Systemintegritäts-Management für Geothermiebetriebe zu entwickeln, bei dem die Betriebs-Daten genutzt, innovative Monitoringtechniken der Glasfaserkabel-Technologie integriert, und die Abläufe zur Überwachung standardisiert werden, um damit

  • die Produktions- und Betriebssicherheit der Geothermie-Anlagen und ihre Effizienz zu erhöhen
  • potentielle Umweltauswirkungen zu minimieren bzw. zu vermeiden

Um diese übergeordneten Ziele im Projekt zu erreichen, sind die im Folgenden dargestellten Arbeiten notwendig.

Übersicht über die Arbeitspakete im Projekt GFK-Monitor

Arbeitspakete

AP1: Produktions- und Standsicherheit der Bohrung

Ein wichtiger Aspekt im Kontext der Produktionssicherheit einer geothermischen Bohrung ist der Nachweis der Integrität der Verrohrung und Zementation. Die bestehende Messtechnik zur Überprüfung wird derzeit lediglich zu einem Zeitpunkt, in Einzelfällen auch in vorgegebenen Intervallen, durchgeführt und liefert daher keine abschließende, umfängliche Sicherheit während des Betriebes. Ein verbessertes Monitoring zum Nachweis der Bohrlochintegrität ist zum einen sinnvoll, um die behördlichen Anforderungen besser erfüllen zu können und negative Auswirkungen auf den Betrieb der Anlage sowie potenzielle Umweltauswirkungen frühzeitig zu erkennen. Zum anderen kann es auch zur Erhöhung der Technologie-Akzeptanz beitragen, da zeitweise die Sorge einer negativen Beeinflussung der das Reservoir überlagernden Grundwasserleiter durch die Bohrung im Bürgerdialog vorgetragen wird. Ein weiterer Aspekt der dort oftmals angeführt wird, ist die durch Geothermiebohrungen induzierte Seismizität. Für die Überwachung der Mikroseismizität werden derzeit einige Projekte durchgeführt, jedoch sind die Optimierung des Monitorings und die Ableitung der relevanten Parameter für geomechanische Prognosen bei weitem noch nicht abschließend untersucht. Ein innovatives Monitoring, zum Beispiel durch die Nutzung von Telekommunikationsleitungen, kann hier eine höhere Sicherheit speziell für eine flächenhafte Bewertung von potenziellen Auswirkungen liefern. Das gilt ebenso für die Überwachung von Subsidenzen, die nach behördlichen Vorgaben an einem Geothermiestandort durchgeführt werden müssen, wofür aber ebenfalls noch keine zufriedenstellenden Verfahren etabliert sind.

Die Produktionssicherheit und damit die wirtschaftliche Effizienz von Geothermie-Anlagen werden technisch zudem immer wieder von dem Ausfall der Förderpumpe negativ beeinflusst. Eine Überwachung der Tiefenpumpe durch ein integriertes Monitoring könnte Veränderungen und Beeinträchtigungen der Pumpe durch z.B. chemische Ablagerungen (Scalings) frühzeitig erkennen, so die Betriebsregelung optimieren und damit die Lebensdauer der Tiefenpumpe verlängern.

AP2: Reservoirseitige Betriebssicherheit und nachhaltige Bewirtschaftung

Die Temperatur des geförderten Tiefenwassers und der Zufluss aus dem Reservoir sind für die wirtschaftliche Effizienz eines Geothermiebetriebs die sensitiven Parameter. Eine Verringerung der Fördertemperatur durch Temperaturverluste oder durch einen thermischen Kurzschluss mit der Injektionsbohrung wirkt sich direkt negativ auf die wirtschaftliche Betriebssicherheit aus. Die Kenntnis über die tatsächlich vorhandenen lokalen und zeitlichen dynamischen thermischen und hydraulischen Verhältnisse entlang der Bohrung und im Reservoir sind jedoch nur sehr limitiert, da der Aufwand entsprechende Tiefendaten zu gewinnen sehr hoch und technisch limitiert ist. Bis dato erfolgt die Ermittlung der Reservoirkennwerte schließlich nur durch aufwendige seismische Programme oder Messungen im bereits abgeteuften Bohrloch, beziehungsweise während des Bohrvorgangs. Sobald die Anlage in Betrieb genommen ist, können Messungen lediglich an der Oberfläche, bei Betriebsstillstand mit erneuten Bohrlochmessungen, die jeweils wiederum mit einem Risiko für das Bohrloch verbunden sind, oder in Ausnahmen an einzelnen abgehängten Sonden erfolgen. Eine Bestimmung des im Reservoir vorhandenen dynamischen Fließverhaltens über den Einsatz von Tracersubstanzen und ein in die Geothermiebohrungen integriertes Monitoring der Druck,- Zufluss-, Spannungs- und Temperaturverhältnisse im Reservoir während der Betriebsphase können Vorhersagen über mögliche Entwicklungen der sensitiven Parameter deutlich unterstützen, die Betriebsweise optimieren und somit eine ökonomisch sichere und nachhaltige Bewirtschaftung des Reservoirs gewährleisten.

Um die nachhaltige Bewirtschaftung des Reservoirs und die Betriebssicherheit besser bewerten zu können, wurden an einigen einzelnen Geothermie-Anlagen Tracer-Tests durchgeführt. Diese Tests bieten unter anderem die alleinige Möglichkeit das hydraulische Fließverhalten über eine weite Reservoir-Strecke, etwa zwischen den Produktions- und Injektionsbohrungen, zu bewerten und damit wertvolle Informationen für eine nachhaltige Bewirtschaftung des Reservoirs und einem sicheren Betrieb zu liefern. Diese Tests sollen zum einen im geplanten Projekt mit dem GFK-Monitoring kombiniert werden, um eine ganzheitliche Einschätzung möglicher Veränderungen und Monitoring-Techniken im Reservoir auf die Betriebseffizienz analysieren zu können. Zudem soll die Anwendung von Tracerversuchen als systematische Datenerhebung für die nachhaltige Bewirtschaftung und Systemintegrität von Geothermie-Anlagen und mit Bezug zur Nutzung im gesamten Reservoir beurteilt und angepasst werden.

AP3: Systemintegritäts-Management

Das vorliegende Projekt fokussiert sich auf ein innovatives Monitoring zu den oben beschriebenen Aspekten der Produktions- und Betriebssicherheit, um die gesamte Systemintegrität von Geothermie-Anlagen zu verbessern. Das Monitoring stützt sich dabei auf die Glasfaserkabel (GFK)-Technologie, da sie vielfältig in allen genannten Bereichen eingesetzt werden kann. Der einzigartige Vorteil der GFK-Messungen ist zudem, dass diese die Möglichkeit bieten, zeitlich hoch aufgelöste und kontinuierliche Daten von Temperatur (DTS), Dehnung (DSS) und Akustik (DAS) sowie durch die Integration von weiteren Sensoren auch Daten z.B. zur Messung des Drucks auf unterschiedlichen Tiefen entlang der gesamten Bohrstrecke während des Betriebes liefern können. Zudem kann eine bestehende Glasfaserkabel-Infrastruktur, wie Telekommunikationsleitungen, synergetisch für geothermische Fragestellungen genutzt werden und so wichtige Daten über eine größere Fläche erhoben werden.