Neue Bohrtechnologie für Geothermie

7. Februar 2020

 

Die Montanuniversität Leoben hat gemeinsam mit europäischen Partnern eine revolutionäre Bohrtechnologie für die Nutzung von Geothermie zur Strom- und Wärmegewinnung entwickelt. Dabei wird die herkömmliche Rollenmeißeltechnologie mit Wasserstrahlschneidtechnik kombiniert. Dies bewirkt eine Verdoppelung der Bohrgeschwindigkeit bei gleichzeitig rund 20 % gesenkten Kosten. Im Gegensatz zu den meisten anderen erneuerbaren Energiequellen ist die Stromproduktion mittels Geothermie grundlastfähig.


 

Hybridtechnologie erleichtert Zugang zu Geothermie

Geothermie gilt als erneuerbare Energiequelle, die sowohl emissionsarm ist, als auch einen immer wichtiger werdenden Bestandteil der zukünftigen erneuerbaren Wärme- bzw. Energiegrundversorgung in Europa darstellt. Die Nutzung geothermischer Energie dient sowohl der Erzeugung von elektrischem Strom, aber auch als direkte Wärmequelle etwa zum Heizen von Gewächshäusern oder zur Fernwärmeversorgung. Im Gegensatz zu den meisten anderen erneuerbaren Energiequellen, ist die Stromproduktion mittels Geothermiekraftwerken grundlastfähig. Das bedeutet, dass diese Kraftwerke unabhängig von der Tageszeit, der Jahreszeit und dem Wetter kontinuierlich Strom mit ungefähr gleicher Leistung liefern. Geothermische Energie kann grundsätzlich fast überall auf der Welt nutzbar gemacht werden. Zumeist liegen passende geologische Formationen in großer Tiefe (4.000 m bis 5.000 m), sodass die Bohrkosten oftmals die Hälfte der gesamten Investitionskosten eines Geothermiekraftwerkes ausmachen. Bei einer geothermischen Tiefenbohrung stößt man dabei auf verschiedenste Gesteinsschichten, unter anderem auf Hartgestein (beispielsweise Granit). Hartgesteine können jedoch nur mit sehr geringer Bohrgeschwindigkeit durchbohrt werden, wobei es gleichzeitig zu einem massiven Verschleiß des Bohrmeißels kommt.

 

Innovative Bohrtechnologie
Bei der neuartigen Bohrtechnologie handelt es sich um eine Hybridtechnologie, d. h. die herkömmliche Rollenmeißeltechnologie wird mit sogenannter Wasserstrahlschneidtechnik kombiniert. Der Hochdruckstrahl (rund 2.000 bar) des Wassers erzeugt bereits eine tiefe Einkerbung im Gestein und macht dadurch den gesamten Bohrprozess wesentlich effizienter, sodass es zu einer erheblichen Steigerung der Bohrgeschwindigkeit kommt.
Eine besondere Herausforderung stellte die Hochdruckerzeugung in der Tiefe direkt beim Bohrmeißel dar, die nicht nur aufgrund von technischen und wirtschaftlichen Aspekten, sondern auch aus sicherheitstechnischen Erwägungen erforderlich ist. Trotz der sehr beengten Platzverhältnisse und den rauen Umgebungsbedingungen nahe der Bohrlochsohle konnte der Prototyp einer Hochdruckerzeugungseinheit mit den gestellten Anforderungen erfolgreich umgesetzt werden.

 

Erfolgreiche Tests der neuartigen Technologie
Die Umsetzbarkeit und Effizienz dieser innovativen Bohrtechnologie wurde in verschiedenen Maßstäben experimentell nachgewiesen. Abschließende Feldversuche in einer 1,3 km tiefen realen Bohrung bestätigten, dass eine Verdoppelung der Bohrgeschwindigkeit im Vergleich zu dem Stand der Technik entsprechender Rollenmeißeltechnologie erzielbar ist. Des Weiteren wurde gezeigt, dass das „ThermoDrill-System“ problemlos mit der bestehenden Bohrinfrastruktur und etablierten Verfahren kombinierbar ist. Dies wird ein wesentlicher Aspekt der Akzeptanz eines zukünftigen marktreifen Systems sein.

 

Erhebliche Kosteneinsparungen bei Geothermiebohrungen
Wie bereits erwähnt, bedeutet eine deutliche Senkung der Bohrkosten auch eine massive Einsparung der Gesamtinvestitionskosten bei Geothermieprojekten. So beträgt die erwartete Kostenersparnis für die Herstellung einer einzelnen Tiefenbohrung (5.000 m) bei Einsatz des „ThermoDrill-Systems“ ungefähr 20 Prozent bzw. ca. 3 Millionen Euro. Die Weiterentwicklung dieser Bohrtechnologie bis zur Marktreife könnte somit ein wesentlicher Schritt in Richtung verstärktem Einsatz von Geothermie als alternative Energiequelle sein.

 

Projektkonsortium
Montanuniversität Leoben, Österreich (Projektkoordinator); ES-Geothermie, Frankreich; BESTEC GmbH, Deutschland; RAG Energy Drilling GmbH, Österreich; INERCO, Spanien;
Technische Universität München, Deutschland; sirius-es Handels GmbH, Österreich; Smith International Italia SPA, Italien; Geo Energie Suisse AG, Schweiz.

Dieses Projekt hat Förderungen von der Europäischen Union im Zusammenhang mit dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 unter der Vertragsnummer 641202 erhalten.

 

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