Arbeitsspektrum
Geothermie
Die Tiefengeothermie ist als grundlastfähige Energieform ein wichtiger Bestandteil des nachhaltigen Energiemixes. Die Energiequelle ist heißes Tiefengrundwasser, das zur Energiegewinnung genutzt wird. Wie ergiebig diese Energieform ist hängt dabei von der Förderrate, der Temperatur und dem Mineralgehalt ab. Jedoch treten durch das heiße Grundwasser Korrosion und Ablagerung in der Verrohrung auf. Daher ist es besonders wichtig, das geothermische Systeme zu verstehen, um anschließend diese feinabzustimmen. Durch verschiedene Projekte hat Hydroisotop bedeutende Erfahrungen in Bezug auf Analyse, Überwachung und Kesselsteinverhinderung gesammelt, die es uns ermöglichen, ein breites Portfolio anzubieten, welches ein reibungslosen Systembetrieb ermöglicht, z.B:
- Durchführung und Auswertung von physikalisch-chemischen und isotopenhydrologischen Untersuchungen, Bestimmung des Grundwasseralters und der Begleitgase im Hinblick auf eine nachhaltige Nutzung
- Beratung und Erarbeitung von Konzepten für eine geothermische Mehrfachnutzung
- Reservoir Analyse zur besseren Risikoabschätzung des Betriebs
- Qualitätskontrolle, Langzeitmonitoring, technische Betriebskontrolle und Risikobewertung (für Versicherungen etc.)
- Katastrophenschutz, technische Problemlösungen, Konzepte für Sanierungsmaßnahmen
- Aufbereitung und Filtration
- Antragstellung nach Wasserrecht und Bergrecht etc.
Die oberflächennahe Geothermie spielt als nachhaltige Energiequelle für die Wärmeversorgung eine wichtige Rolle. Es lassen sich folgende Nutzungsarten unterscheiden:
- Erdwärmepumpen
- Erdwärmekollektoren
- Grundwasserbrunnen.
Dabei stellt die Grundwasserbrunnen den wesentlichen Teil des Systems dar. Wie bei der Tiefengeothermie treten verschiedene Probleme, wie z. B. Korrosion, Ablagerungen und mikrobielle Verschmutzungen auf. Hydrochemische Untersuchungen des Grundwassers und die Bewertung der Wasserchemie im Hinblick auf die Auslegung sind die Grundlage für vorbeugende Maßnahmen und einen störungsfreien Betrieb. Bei allen geothermischen Nutzungsarten ist der Sekundärkreislauf, der die Wärmeenergie des Grundwassers über einen Rekuperator entnimmt, korrosionsgefährdet, aber auch durch Mikrobenwachstum (z.B. Legionellen), insbesondere in der Warmwasserbereitung. Die warme Umgebung stellt optimale Lebensbedingungen für Mikroben dar, welche eine Gefahr für die Gesundheit darstellen können. Dieser Mikrobiellen Vermehrung kann durch erhöhen der Wassertemperatur entgegengewirkt werden wobei jedoch der erforderliche Energiestrom zu einem Leistungsabfall der Wärmepumpe und damit zu einer geringeren Effizienz des Geräts führen kann. Alternativ können die durch die Mikrobiologie verursachten Probleme durch den Einsatz von Desinfektionsmitteln gelöst werden.
Die Erde stellt eine Wärmequelle dar, die nahezu unerschöpflich ist: so sind 99 % des Gesamtvolumens der Erde heißer als 1.000 °C, nur 0,1 % sind kälter als 100 °C. Unter der dünnen Erdkruste, auf der wir leben, folgt der Erdmantel. Das Zentrum der Erde wird durch einen Flüssigen äußeren Kern aufgebaut welcher einen festen inneren Kern umschließt.
An vielen Orten der Erde wie Island oder dem toskanischen Larderello treten heiße Quellen an die Oberfläche. Dort wird das heiße Wasser genutzt, um Energie oder Wärme zu erzeugen. Dieser Prozess wird allgemein als Geothermie bezeichnet.
Auch in Deutschland kann die Geothermie genutzt werden. Zwei verschiedene Techniken nutzen das heiße Wasser zur Wärme- oder Stromerzeugung:
Hydrogeothermie:
- Thermalwasser wird aus unterirdischen Grundwasserleitern gepumpt
- Für die Stromerzeugung sollte das gepumpte Grundwasser heißer als 100 °C sein und die Pumprate sollte 50 l/s überschreiten
- In heißen Grundwässern werden Mineralien gelöst, die bei Druck- und Temperaturwechsel ausfallen oder Korrosion verursachen
Hot-Fractured-Rock-Systeme
- Unter hohem Druck wird Wasser durch zwei Bohrlöcher (Tiefe ca. 5000 m) in die Erdkruste gepumpt, um die Risse im Gestein zu erweitern
- Im Idealfall besteht zwischen den beiden Bohrlöchern eine Verbindung - ein unterirdischer Wärmetauscher
- So kann Wasser, das in eine Bohrung gepresst wird, durch die andere Bohrung wieder an die Oberfläche gepumpt werden
- Bei Temperaturen von 150 - 200 °C und hohen Pumpraten wird Strom erzeugt
Geothermie ist die Energieform der Zukunft. Die Vorteile liegen auf der Hand: regenerativ und grundlastfähig, unabhängig von Klimaschwankungen, Jahres- und Tageszeiten, gewährleistet die Geothermie eine kontinuierliche Energieversorgung. Wesentlich für einen langfristig erfolgreichen Betrieb ist ein gut erschlossenes Reservoir sowie der Schutz des Reservoirs. Dies erfordert nicht nur die Bestimmung der Grundparameter - Förderrate und Temperatur - sondern auch die detaillierte Charakterisierung des geothermischen Wassers.
Eine langfristige Nutzung eines geothermischen Kraftwerks erfordert ein grundlegendes Verständnis des Thermalwassersystems sowie eine genaue Charakterisierung des Reservoirs.
Bewertung von Thermalwasser:
- hydrochemische Zusammensetzung
- Bestimmung der Herkunft
- Wasser-Gesteins-Gas-Wechselwirkungen
- Anreicherungsbedingungen
- Alterszusammensetzung
- Formationsübergreifende Strömung
- Wasserströmungsregime
Charakterisierung der Lagerstätte:
- Größe und Nutzbarkeit des Reservoirs
- Eventuelle Veränderung des Systems
- Interaktive Auswirkungen
- Radioaktivität
- Korrosion
- Ausfällungen
- Vermeidung von Zerfall
Mit der hydrochemischen Analyse des Wassers auf der Basis der Komposition positiver und negativer Ionen lassen sich die Eigenschaften der Lagerstätte und die Wechselwirkungen zwischen Wasser und Gestein bewerten.
Gasphysikalische Analysen von Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff, Stickstoff, Methan etc. liefern einen Fingerabdruck der einzelnen geothermischen Systeme.
Mittels isotopenhydrologischer Analysen der Sauerstoff-18- und Deuterium-Gehalte ist eine Charakterisierung der Entstehungsbedingungen möglich. Auch klimatische Informationen, Altersbestimmungen und Wasser-Gesteins-Gas-Wechselwirkungen lassen sich aus den Isotopenmethoden ableiten.
Als herkunftsspezifischer Fingerabdruck ist der Grundwasserchemismus für die Erschließung eines geothermischen Systems unerlässlich.
