Im Rahmen des EU geförderten Projektes „Roll-out of Deep Geothermal Energy in North-West Europe“ (DGE-ROLLOUT) werden Nutzungspotentiale für die hydrothermale Tiefengeothermie in unterschiedlichen Regionen Nordwest Europas untersucht. Ein Pilotstandort ist das Braunkohlekraftwerk des Projektpartners RWE Power AG in Weisweiler. Am Beispiel eines großen fossil befeuerten Kraftwerks soll untersucht werden, inwieweit tiefengeothermische Energie am Standort eingebunden werden kann und wie mit DGE die Umstellung auf erneuerbare Energien bewältigt werden kann.

Dazu wurde durch den Geologischen Dienst NRW basierend auf Kartierungskampagnen sowie lithologischen und strukturellen Studien ein vorläufiges geologisches 3D-Modell des Untergrundes des Weisweiler Gebietes erstellt. Dieses Modell wurde daraufhin in ein thermohydraulisches 3D-Modell überführt. Die anschließende Simulation des Wärmeflusses erfolgt mit der 3D-Modellierungs- und Simulationssoftware HEATFLOW der DMT GmbH & Co. KG. Auf Basis dieses Modells werden erste Simulationen und Betrachtungen verschiedener Szenarien durchgeführt.

Ziel ist es, einen Workflow zu erstellen der geologische Strukturmodelle in Wärmetransportmodelle überführt, um den Wärmefluss unterschiedlicher Szenarien zu berechnen und Strukturänderungen, die sich beispielweise aufgrund von neuen Bohrlochmessungen ergeben, direkt zu integrieren.

Die Auswertung geophysikalischer Grundlagendaten ist für die erfolgreiche Planung von Explorationsvorhaben im tieferen Untergrund unverzichtbar. Mit Erlass des Geologiedatengesetzes am 30. Juni 2020 stellt das Bayerische Landesamt für Umwelt (LfU) neben Schichtdaten von Tiefbohrungen ebenfalls digitalisierte Bohrlog- und Seismikdaten zur Verfügung. Diese wurden früher im Rahmen des Lagerstättengesetzes in analoger Form von den in Bayern explorierenden Firmen der Öl- und Gasindustrie dem Bayerischen Geologischen Dienst übergeben und dort verwaltet. Mittels moderner Scanning- und Vektorisierungsverfahren konnten große Teile des umfassenden Bestands an Bohrlogs und 2D-Seismik durch Fachfirmen in gängige digitale Formate (LAS-Format bzw. SEG-Y-Format) zur Auswertung in Software-Anwendungen überführt werden. Die Gesamtheit des digitalisierten Bestands erreicht eine annähernd flächendeckende Abdeckung des Bayerischen Molassebeckens über alle tertiären sowie mesozoischen Beckeneinheiten hinweg. Erste Auswertungen der seismischen Daten flossen bereits 2008 über den Bayerischen GeothermieAtlas sowie die Projekte GeoMol (GeoMol Team 2015) sowie GeoERA-HotLime (Rupf et al. 2020) in flächendeckende Untergrundmodelle des Bayerischen Molassebeckens am LfU ein. Die zusätzliche Integration digitalisierter Bohrlog-Daten erlaubt nun den detaillierten Vergleich zu seismischen Daten und bietet darüber hinaus Möglichkeit zur Auswertung petrophysikalischer Eigenschaften einzelner Beckeneinheiten hinsichtlich relevanter tiefengeothermischer Fragestellungen in Bayern.

Referenzen:

Bayerischer GeothermieAtlas (2022): Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie, https://www.stmwi.bayern.de/energie/erneuerbare-energien/tiefengeothermie

GeoMol Team (2015): GeoMol – Assessing subsurface potentials of the Alpine Foreland Basins for sustainable planning and use of natural resources – Project Report, 188 pp. (Augsburg, LfU).

Rupf, I., Diepolder, G.W. & HotLime Team (2020): Summary report of resources mapping and characterization, including descriptive reports on the case studies T2.1 - T2.10. - HotLime Deliverable 2.0: 130 pp.

Viele Probleme beim Betrieb tiefengeothermischer Anlagen hängen mit den chemischen Eigenschaften der Thermalfluide zusammen. Durch veränderte Gleichgewichtsbedingungen während der Thermalwasserproduktion kommt es zu chemischen Reaktionen wie Entgasung oder Mineralsättigung, die zu Ausfällung oder Korrosion führen können. Das EU-H2020-Projekt REFLECT (2019-2023) zielte darauf ab die Datenlage von Thermalfluiden auf unterschiedlichen Ebenen zu verbessern. Dazu gehörte (1)die Entwicklung einer verbesserten Probennahmetechnik für Tiefenfluide bei sehr heißen Temperaturen (>300°C), (2) bestehende und neue Daten von geothermischen Fluiden in ganz Europa durch Feldmessungen zu sammeln und (3) Prozesse im Thermalwasser durch detaillierte Laborexperimente unter In-situ-Bedingungen zu simulieren um kinetische und Gleichgewichtsdaten der relevanten Reaktionen zu erfassen. Zusätzlich wurden auch numerische Simulationen zur Vorhersage der Mineralienlöslichkeit und des Ausfällungsrisikos von Mineralien durchgeführt. Diese Daten wurden (4) zum einen in fallspezifische Vorhersagemodelle implementiert, die Prozesse an Geothermiestandorten simulieren, sowie (5) in einen europäischen Geothermie-Fluid-Atlas integriert.

Die im Rahmen von REFLECT erzeugten und gesammelten Daten bilden die Basis des Europäischen Geothermischen Fluidatlas, der Abfrage- und Filtertools zur Erkundung der Datenbank mit einer GIS-basierten Kartenvisualisierung umfasst. Der Atlas macht die Daten der Geothermie-Community und der breiten Öffentlichkeit zugänglich.

In den letzten Jahren werden verstärkt Untergrund-Daten öffentlich zugänglich gemacht. Dies wird in unterschiedlicher Weise, auf unterschiedlichen Plattformen und mit unterschiedlichen Inhalten organsiert. Ein Teil der Daten liegt digital vor, gerade ältere Daten werden schrittweise oder auf Anforderung digitalisiert. Der Zugang erfolgt typischerweise über die Visualisierung in Web-Interfaces und den Export von Datensätzen in unterschiedlichen Formaten.

Die Nutzung dieser Daten kann in unterschiedlicher Weise erfolgen, wird aber teilweise beeinflusst von der föderalen Struktur, den Landesgrenzen, der Zuständigkeiten von Bergämtern oder anderen Landesbehörden.

Moderne Software-Umgebungen, die ihre Wurzeln und Hauptanwendungen oft in der Öl- und Gasindustrie haben, erlauben die Integration verschiedenster Daten mit unterschiedlichsten Formaten. Diese umfassen dabei geophysikalische, petrophysikalische, geologische, lagerstättentechnische, oder auch bohrtechnische Daten.

Es wird beispielhaft vorgestellt, welche Daten aus bestehenden Systemen genutzt werden können, um z.B. in einer Frühphase des Screenings von möglichen mittleren und tiefen Geothermie-Projekten mit den Daten lokale bzw. regionale Ansichten zu erzeugen, damit eine relativ schnelle erste Beurteilung der Informationslage und der regionalen Geologie erleichtert wird.

Darauf aufbauend können in weiteren Schritten statische oder auch dynamische Sektormodelle mit weiteren Daten ergänzt und integrative Visualisierungsmodelle erzeugt werden, um für die Öffentlichkeitsarbeit, Kommunen, Stadtwerke und Politik verständliche Darstellungen bereitzustellen. Diese Datenbasis kann zur Entwicklung von komplexeren, dynamischen Modellen für das Reservoirmanagement verwendet werden. Auch unter dem Gesichtspunkt des Monitoring von bereits operativen Projekten können z.B. Daten von mikroseismischen Ereignissen zugefügt werden.

Insgesamt fördert der Integrationsbereich solcher Softwaresysteme die Konsistenz, Handhabung und Ausbaufähigkeit von Modellen zum verbesserten Verständnis der Untergrundsituation.

Kostenintensive und aufwändige Untersuchungen des Untergrundes wurden als ein Hemmnis für eine schnelle Umsetzung geothermischer Projekte identifiziert. Um jedoch eine Entscheidung für geothermische Projekte auf kommunaler oder betrieblicher Ebene zu treffen, sind erste umfassende Informationen zur geologischen Beschaffenheit des Untergrundes sowie über die Verbreitung, Tiefenlagen, Mächtigkeiten und Temperaturen von potenziellen geothermischen Reservoiren unabdingbar. Das Ministerium für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie NRW hat daher den Geologischen Dienst NRW beauftragt, potenzielle Zielhorizonte im mitteltiefen und tiefen Untergrund NRWs mittels seismischer Untersuchungen zu erkunden.

Die seismischen Untersuchungen erfolgen projektunabhängig im Rahmen der geowissenschaftlichen Landesaufnahme. Im Jahr 2021 wurden 2D-seimische Messungen im zentralen Münsterland durchgeführt. Über zwei sich kreuzende, insgesamt 70 km lange, Linien konnte die Tiefenlage von drei potenziell geeigneten Karbonathorizonten aus der Kreide, dem Karbon und dem Devon in Tiefenbereichen zwischen 800 m bis 6 000 m erkundet werden. Seismische Messungen im Jahr 2022 im Rheinland hatten Karbonate aus dem Karbon (Kohlenkalk) und dem Devon (Massenkalk) in Tiefen von ca. 500 m bis 3 000 m im Fokus.

Neben der reinen Erkundung geeigneter Horizonte liegt ein weiterer Schwerpunkt auf der kommunikativen Begleitung der Projekte. Während im Vorfeld der Messungen kommunale Entscheider*innen und Behördenmitarbeiter*innen intensiv beraten werden, werden die Öffentlichkeit und die Presse während der Messungen über den Zweck, Umfang und Zeitraum sowie über die Technik informiert. Potenzielle Projektplaner werden im Nachgang der Messungen proaktiv über die Ergebnisse und notwendige nächste Schritte informiert.

Für das Jahr 2023 sind Messungen im Niederrhein sowie vorbereitende Testseismiken in Ostwestfalen und im Ruhrgebiet geplant.