Hydraulische Leitfähigkeit des kristallinen Grundgebirges

Zahlreiche hydraulische Tests im kristallinen Grundgebirge zeigen, dass das Gebirge über ein natürliches, miteinander verbundenes Kluftsystem verfügt und dass es sich primär um einen Grundwassergeringleiter handelt. Die Durchlässigkeit des kristallinen Grundgebirges nimmt in der Regel mit zunehmender Tiefe ab und kann unter Druckbeaufschlagung gesteigert werden.

m Gegensatz zu früheren Annahmen ist die obere Erdkruste der Kontinente nicht „trocken“, sondern „feucht“. Das Vorhandensein eines bereits natürlicherweise vorhandenen Hohlraumsystems ist in der Geothermie für die Entwicklung und den Betrieb von Hot-Dry-Rock-Systemen (HDR) – auch als Enhanced-Geothermal-System (EGS) bezeichnet – entscheidend. Bei HDR-/ EGS-Nutzungen erfolgt die Gewinnung der geothermischen Energie aus dem tiefen Untergrund unabhängig von wasserführenden Horizonten, wo bei Temperaturen von mehr als 150 bis 200 °C sowie Tiefen von mehr als 3.000 m anvisiert werden. Die im heißen, gering durchlässigen Gestein gespeicherte Energie wird durch Schaffung eines künstlichen Wärmetauschers erschlossen. Hierzu wird nach Abteufen einer ersten Bohrung durch Einpressen von Wasser das natürlich vorhandene Kluftsystem geweitet oder neue Klüfte geschaffen (Stimulation). Um die notwendigen Durchflussraten und Temperaturen zu erzielen, muss das Risssystem eine Mindestgröße für die Wärmetauschfläche aufweisen. Mit der zweiten Bohrung muss dann der bereits mit der ersten Bohrung stimulierte Bereich durchteuft und erneut stimuliert werden. Durch diesen „Wärmetauscher“ oder „Durchlauferhitzer“, der die beiden Bohrungen unterirdisch miteinander verbindet, schickt man über Injektions- und Förderbohrungen kühles Oberflächenwasser, um die Gebirgswärme aufzunehmen. Das Gebirge ist die Wärmequelle, Wasser der Wärmeträger.
Zielhorizonte für HDR-/EGS-Nutzungen sind in der Regel das kristalline Grundgebirge. Für die dauerhafte Schaffung des Wärmetauschers ist neben einem bereits von Natur aus vorhandenen Hohlraumsystem u. a. auch das lokale Stressfeld wichtig. Die durch Stimulationsmaßnahmen geweiteten Klüfte erhöhen zwar die Durchlässigkeit und damit das Wasserdurchsatzvermögen durch den geschaffenen „Wärmetauscher“, sie müssen jedoch auch offen bleiben. Dies kann entweder künstlich erreicht werden durch die Eingabe kleiner Partikel (Proppings) in die geöffneten Klüfte, um diese am erneuten Schließen zu hindern, oder aber natürlich durch sogenanntes Selfpropping. Falls nämlich ein anisotropes Stressfeld vorliegt, werden die Kluftflächen während der Stimulation zur Entlastung des Stressfeldes gegeneinander versetzt, sodass nach erfolgter Stimulation die resultierende Kluftöffnungsweite größer ist als vor der Stimulation, denn die Kluftflächen passen nicht mehr so „nahtlos“ aufeinander. Diesen Effekt nennt man Selfpropping.



Copyright: © wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH
Quelle: Heft 04 - 2012 (April 2012)
Seiten: 6
Preis inkl. MwSt.: € 6,00
Autor: Prof. Dr. Ingrid Stober

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