1Technische Universität Darmstadt, Institut für Angewandte Geowissenschaften, Fachgebiet für Angewandte Geothermie, Schnittspahnstr. 9, 64287 Darmstadt; 2Darmstädter Exzellenz-Graduiertenschule für Energiewissenschaft und Energietechnik, Otto-Berndt-Str. 3, 64287 Darmstadt; 3Deutsches GeoForschungsZentrum Potsdam, Sektion 4.5Sedimentbeckenmodellierung, Telegrafenberg, 14473 Potsdam; 4RWTH Aachen, Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik, Aachen, Deutschland
Ziel des BMWi-geförderten Projektes “Hessen 3D 2.0” (3D Modellierung der geothermischen Tiefenpotenziale von Hessen: Petrothermale Potenziale und mitteltiefe Potenziale zur Wärmenutzung und Speicherung, FKZ: 0325944A+B) ist die Ausweisung von Gebieten in Hessen, in denen eine geothermische Nutzung wirtschaftlich erfolgsversprechend ist und in denen geringe Fündigkeitsrisiken zu erwarten sind. Im Fokus stehen dabei die mitteltiefen und petrothermalen Potenziale für geothermische Stromerzeugung, Direktwärmenutzung und saisonale Wärmespeicherung.
Die Potenzialbewertung basiert auf der Auswertung zahlreicher bestehender Datensätze und neuer eigener Untersuchungen. Zunächst wurden die petrophysikalischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften der geothermisch relevanten Formationen sowie der Reservoirfluide ermittelt, in Datenbankanwendungen zusammengeführt, vereinheitlicht und geostatistisch ausgewertet. Dies beinhaltet Labormessungen an Aufschlussanalog- und Bohrkernproben, hydraulische Tests sowie bohrlochgeophysikalische Untersuchungen. Diese Daten wurden anschließend mit 3D Strukturmodellen verknüpft, die auf Basis digitalisierter Bohrdaten, geologischer Profilschnitte, interpretierter seismischer Profile sowie geologischer Kartenwerke verbessert und weiter untergliedert wurden, um nutzungsbezogen geothermische Modelleinheiten zu unterscheiden, die für petrothermale Systeme, Wärmespeicherung oder Direktwärmenutzung geeignet sind. Diese Modelleinheiten wurden anhand der umfänglichen Datenbank geothermischer Gesteins- und Reservoireigenschaften attributiert und dienen als Basis für die Potenzialausweisung sowie eine Reihe thermohydraulischer Modellierungen.
Die thermohydraulischen Modellierungen tragen zur verbesserten Prognose des Untergrundtemperaturfeldes bei und ermöglichen ein besseres Verständnis der regional dominierenden Wärme- und Fluidtransportprozesse (Konduktion, Konvektion, Advektion). Insbesondere in Regionen, für die nur wenige Temperaturmessungen aus tiefen Bohrungen vorliegen, ist eine deutlich bessere Temperaturprognose sowie ein deutlich verbessertes Verständnis der Hydraulik im tiefen Untergrund, das entscheidend für den Betrieb offener geothermischer Systeme ist, festzustellen. Zur Modellvalidierung werden die Modelle abschließend mit den Messdaten aus tiefen Bohrungen geostatistisch verschnitten.
Bei der 3D Potenzialausweisung werden neben der statistischen Verteilung der geothermischen Kennwerte auch technische und wirtschaftliche Rahmenbedingungen berücksichtigt, um stochastisch abgesicherte Potenzialprognosen als Basis für die Angabe der Fündigkeitsrisiken zu ermöglichen. Abschließend werden die identifizierten geothermischen Potenziale mit den Wärmeüberschüssen und, soweit lokal oder regional vorhanden, dem Wärmebedarf verschnitten, um wirtschaftlich interessante Standorte für zukünftige Geothermieprojekte zu identifizieren.
