Neue Instrumente können Eigenschaften geologischer Fluide exakt abschätzen
Präzise thermodynamische Modelle sind äußerst wichtig, um die physikalischen und chemischen Eigenschaften geologischer Fluide – heiße Grundwasser, die innerhalb der Erdkruste zirkulieren – zu verstehen. Für Geothermiekraftwerke gibt es jedoch keine hochpräzisen Modelle, mit denen die Effizienz des Anlagenbetriebs geplant und getestet werden kann. Daher greifen Betreibende häufig auf empirische In-situ-Versuche zurück.
Modellierung der Eigenschaften geologischer Fluide
Das EU-finanzierte Projekt GEOPRO brachte zwölf Partner aus sieben Ländern zusammen, um neue Daten zu den Eigenschaften geologischer Fluide zu sammeln und so betriebliche Probleme in Geothermiekraftwerken besser zu verstehen und zu verbessern. „Die physikalischen und chemischen Eigenschaften geothermischer Fluide sind entscheidend für die Bestimmung ihres Wärmeübertragungspotenzials während der Nutzungsdauer des Brunnens. Ein besseres Verständnis der Fluideigenschaften hilft, die Erschließung und den Betrieb von Standorten zu verbessern“, merkt Projektkoordinatorin Namrata Kale an. „Darüber hinaus ist die Entwicklung neuartiger geothermischer Technologien, das heißt verbesserter geothermischer Systeme und superkritischer Systeme, eng mit den Eigenschaften der Reservoirfluide verbunden.“ Heute, zweieinhalb Jahre nach Beginn des Projekts, ist GEOPRO zuversichtlich, dass seine Ziele erreicht werden. Forscherinnen und Forscher arbeiten an der Entwicklung eines mehrphasigen Strömungskreislaufs (ein Laborgerät für die Untersuchung der Strömungseigenschaften von Fluiden in Rohren) und der Generierung neuer genauer thermodynamischer und kinetischer Daten für geologische Fluide. Außerdem arbeitet das Team an neuen Modellen, die die vorherige Einschätzung komplexer Lösungen von CO2 und mehrkomponentigen Mineralsalzen unterstützen. „All diese Daten flossen in die Entwicklung einer Reihe neuer benutzerfreundlicher und flexibler Instrumente zur Entscheidungshilfe ein, die die Optimierung des Managements geothermischer Reservoirs, der Strom- und Wärmeerzeugung und Reinjektionsstrategien ermöglichen sollten“, so Kale.
Die Wirkung des GEOPRO-Projekts
Kesselsteinbildung wie Siliziumdioxid- und Kalziumkarbonatablagerungen, die in Bohrlöchern, Oberflächenrohren und Ausrüstungen auftreten, haben schwerwiegende wirtschaftliche Auswirkungen. Energie- und Produktionsverluste, erhöhte Reinigungs- und Wartungskosten oder sogar die Stilllegung von Produktions-/Reinjektionsbohrungen können die Folge sein. Verbesserte Zustandsgleichungen zusammen mit Simulationen zur Sicherung der Fließfähigkeit (die sicherstellen, dass Rohre nicht zusetzen) und Tests sollen bei der prädiktiven Modellierung der Gründe für Kesselsteinbildung helfen. Lokale Korrosionserscheinungen infolge von CO2-Ausgasung könnten die strukturelle Integrität und die Lebensdauer von Rohren und Geräten von Geothermiekraftwerken negativ beeinflussen. Wenn Modelle zur CO2-Löslichkeit und Zustandsgleichungen für Fluide, die H2O, Salz und CO2 enthalten, in Simulationen zur Sicherung der Fließfähigkeit eingespeist werden, können Forschende die Ursachen von Ausgasung besser beurteilen und die Druck-/Ausgasungssteuerung optimieren. „Geothermische Simulationen in Verbindung mit wissensbasierten Instrumenten zur Entscheidungshilfe können von der Geowissenschaft genutzt werden, um Betreibende bei der Optimierung des Bohrlochaufbaus, der Rohrmaße und Beschichtungen sowie bei der Senkung der Wartungskosten zu unterstützen“, führt Kale aus. Die neuen Modelle und Instrumente von GEOPRO werden dazu beitragen, die Erzeugung geothermischer Energie zugänglicher und bezahlbarer zu machen. Sie sollen dabei helfen, die Kesselsteinbildung und Reinjektionstemperatur zu reduzieren, CO2-Ausgasung zu kontrollieren, die Materialverschlechterung zu verlangsamen, die Energiegewinnung zu steigern und superheiße Ressourcen (mit Temperaturen von bis zu 440 °C) zu nutzen. Insgesamt wird dies zu einer Senkung der Kapitalkosten führen, die sich bisher durch zu große Geräte, Pumpkosten und auf Korrosion zurückzuführende Ausrüstungskosten ergaben. Damit einhergehen wird eine Steigerung bei der Enthalpieextraktion und der Effizienz der Stromerzeugung. Außerdem wird das von GEOPRO generierte Wissen dazu beitragen, die neuen Klimaziele Europas für 2030 zu erreichen. Der Kapazitätsfaktor geothermischer Energie liegt bei über 95 %. Die Anwendung der GEOPRO-Instrumente wird die Produktion und Nutzung geothermischer Bohrungen optimieren und die Betriebseffizienz von Geothermiekraftwerken verbessern, wodurch geothermische Energie als eine sichere und nachhaltige Energiequelle etabliert wird.
Schlüsselbegriffe
GEOPRO, geologische Fluide, Geothermiekraftwerk, Ausgasung, Instrument zur Entscheidungshilfe, Simulationen zur Sicherung der Fließfähigkeit, Kesselsteinbildung
