Maßnahmen für den Betrieb und die Zuverlässigkeit geothermischer Anlagen

http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Geothermie_Bohrturm.jpg
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8. Internationalen Geothermiekonferenz am 22. – 25. Mai 2012 in Freiburg

Der zuverlässige Betrieb geothermischer Kraftwerke ist Grundstein des wirtschaftlichen Erfolgs eines Projekts.

Er hängt zum einen von den Kraftwerkskomponenten, mindestens ebenso sehr aber auch vom unterirdischen Teil des Systems ab.

Einflüsse auf den Betrieb und die Zuverlässigkeit geothermischer Anlagen: Um dieses zu kontrollieren und unerwünschten Entwicklungen gegebenenfalls gegensteuern zu können, sind eine Reihe von Monitoring-Maßnahmen notwendig – zum Teil auch wegen behördlicher Auflagen. So fordern die Bergämter in der Regel eine Dokumentation zur Wasserchemie und den geförderten bzw. zurückgeführten Tiefengrundwassermengen. Standard ist hier unter anderem ein hydraulisches Monitoring, dass die physikalischen Parameter der Anlage, wie Temperatur, verschiedene Drücke, die Durchflussrate und -menge erfasst.

Darüber hinaus sind jedoch verschiedene andere Überwachungsmaßnahmen je nach Standort notwendig. Ein seismisches Monitoring ist insbesondere im Oberrheingraben von Bedeutung und an den Anlagen in Landau, Bruchsal und Soultz-sous-Forêts bereits im Einsatz. Es können seismische Ereignisse bis unter die Magnitude 1 aufgezeichnet werden, wie sich an den Standorten Soultz-sous-Forêts und Landau gezeigt hat. In Bruchsal wurden dagegen bei einem gleich empfindlichen Monitoringsystem keine seismischen Ereignisse im Zusammenhang mit dem Kraftwerksbetrieb gemessen. Die Aufzeichnung dieser Ereignisse ist nicht nur zur Präventition bzw. Eindämmung von an der Oberfläche spürbaren Erschütterungen wichtig, sondern sie lassen auch erkennen, dass es zu Veränderungen im Reservoir kommt, beispielsweise der Fließwege – natürlich nur dann, wenn die Ereignisse im Zusammenhang mit der Anlage stehen.

Um belastbare Aussagen zum Reservoir treffen zu können, sind mindestens vier Bohrungen mit Seismographen nötig. Für Messungen der Auswirkung seismischer Ereignisse auf die Infrastruktur sind jedoch Oberflächenmessstationen ausreichend. Mit ihnen kann die Bodenschwinggeschwindigkeit gemessen werden. Sie ergibt auch die für die Versicherung relevanten Ergebnisse. Die Erfahrung zeigt, dass Gebäudeschäden in der Regel erst ab einer Bodenbeschleunigung von 5 mm/s entstehen. Die Bodenschwinggeschwindigkeit ist von der Geologie des Untergrundes abhängig durch den die Erdbebenwellen sich bewegen.

Ein weiterer Aspekt im Rahmen des Betriebs geothermischer Anlagen ist die Fluidchemie. Aus ihr lassen sich vielfältige Informationen über den Zustand des Reservoirs, den Zuflüssen und der Nachhaltigkeit der Ressource ablesen. Beim Fluid-Monitoring werden unter anderem in regelmäßigen Abständen die hydrochemische Zusammensetzung des Tiefenwassers, sowie der Gasgehalt und bestimmte Isotope analysiert. Hieraus lassen sich Aussagen über die Wasserqualität, die Herkunft, Veränderungen in den Fließwegen ableiten. Zudem können weitere relevante Inhaltsstoffe wie z.B. Schwefelwasserstoff, oder das Vorkommen natürlicher Radionuklide bestimmt werden. Um die im Betrieb gemessenen Werte vergleichen zu können, ist nach Abschluss der Bohrarbeiten und nach Klarspülen der Bohrung eine umfassende Primäranalyse des Tiefengrundwassers mit allen möglichen und sinnvollen Parametern (z. B. Hauptionen, stabile und radioaktive Isotope, Gasgehalte) vorzunehmen. Dies schließt auch mikrobiologische Untersuchungen mit ein, selbstverständlich nur hinsichtlich Organismen, die bei den hohen Temperaturen auch überleben können.  Darüber hinaus wird auch die natürliche Radioaktivität überwacht. In Abhängigkeit der geologischen Gegebenheiten werden in den geothermischen Tiefenwässern Radionuklidgehalte von bis zu wenigen 10 Bq/l beobachtet. Bei den auftretenden Radionukliden handelt es sich vornehmlich um Radium-Isotope. Radioaktivität ist  vor allem im Oberrheingraben und im Norddeutschen Becken von Bedeutung. In dem Tiefengrundwasser aus dem Malm im süddeutschen Molassebecken liegen die Gehalte an radioaktiven Isotopen sehr viel niedriger. Neben der Radionuklidanalytik des Thermalwassers, wird zudem an ausgewählten Messpunkten der obertägigen Anlage regelmäßig die Ortsdosisleistung gemessen. „Die Anreicherung von radionuklidhaltigen Ausfällungen innerhalb des Rohrsystems ist vor allem im Bereich der Wärmetauscher und auf der kalten Kraftwerksseite zu beobachten“, verdeutlicht Lena Eggeling von der EnBW Energie Baden Württemberg AG, die sich in Soultz-sous-Forêts und in Bruchsal mit dem Thema beschäftigt. „Wenn jedoch Sulfatausfällungen, in denen Radionukliden eingebaut werden können, vermieden werden oder gar nicht erst entstehen wie in Bruchsal, dann stellt die Radioaktivität in den oberirdischen Anlagenteilen kein Problem dar.“

Der Grundstein für die Zuverlässigkeit einer geothermischen Anlage wird auch bei der Auslegung der untertägigen und  obertägigen Installationen gelegt. Hier spielen drei Aspekte eine wichtige Rolle: die Betriebsführung, die Wartungs- sowie die Instandhaltungskonzepte, sowohl der  thermalwasserberührten Bauteile im obertägigen Thermalwassersystem (Förder- und Re-Injektionspumpe, Wärmeüberträger, Aufbereitung und Einbauten) wie auch der Arbeitsfluidseite des binären Kraftwerks und bei der Wärmeauskopplung für Fernwärme oder Kälte. Bereits in der frühen Vorplanungsphase  sind Entscheidungen zu treffen, die nicht unwesentliche Konsequenzen für den Betrieb haben können. Die Frage der Standzeiten von Komponenten ist wesentlich davon abhängig, welche Annahmen bei ihrer Auslegung getroffen wurden und mit welcher Sorgfalt die Auslegung erfolgt ist.  Entscheidend ist zum Beispiel die Materialauswahl für die Verrohrung und die Fördertechnik. Der Schutz vor Ablagerungen und Korrosion, die durch verschiedene Elementverbindungen im Tiefengrundwasser verursacht werden kann, ist hier ein wichtiger Faktor.  Durch Beschichtung und dem  Einsatz von Inhibitoren kann hierbei entgegengewirkt werden.  Beispielsweise kann sich die Standzeit bei hohen Chloridkonzentrationen, bei dem Einsatz eines einfachen legierten Stahls für die Förderbohrung wesentlich (rund 3 Jahre) verkürzen, was zu einem Totalausfall der Anlage führen und das wirtschaftliche Aus für dies geothermische Anlage bedeuten kann.

Eine gute Überwachung und Auslegung der Anlage hat Einfluss auf die technische Verfügbarkeit und damit auf die Wirtschaftlichkeit der Anlage. Denn ein frühes Erkennen von Abweichungen hilft die Dauer von Betriebsunterbrechungen gering zu halten und Wartungen gezielt innerhalb von geplanten Stillstandszeiten vorzunehmen. Hierfür ist ein Zusammenspiel zwischen verschiedenen Experten, die sich mit den unter- und obertägigen Installationen auskennen notwendig, ebenso wie die Einbindung der Industrie, die Ihre Produkte, wie beispielweise die Pumpen auf die Anforderungen der der geothermische Anlagen einstellen muss. Die kürzlich auf diesem Portal veröffentlichten Verfügbarkeiten geothermischer Anlagen zeigen, dass dies bereits jetzt offenbar gut funktioniert und geben Anlass zu Optimismus. Inwieweit dieser berechtigt war, werden die Produktionsdaten der nächsten Jahre zeigen.

Die verschiedenen Aspekte, die den Betrieb einer geothermischen Anlage beeinflussen, sind das zentrale Thema des diesjährigen Short Course am 23. Mai im Rahmen der 8. Internationalen Geothermiekonferenz, die vom 22. Bis 25. Mai in Freiburg in Freiburg stattfindet. Im Fokus stehen neben dem seismischen Monitoring unter anderem auch die Fluidchemie, die Auswahl der passenden Werkstoffe und die verschiedenen Einflüsse auf die Wirtschaftlichkeit einer Anlage.

Das Programm des Short Course sowie das der übrigen Konferenz und die Möglichkeit zur Online-Anmeldung finden Sie unter www.geothermiekonferenz.de
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http://www.tiefegeothermie.de

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