Erfolgreiche Stimulationsversuche in der Schweiz

31.01.2021 | Jochen Schneider

Die Geoenergie Suisse konnte im Rahmen eines Forschungsprojektes im Untergrundlabor Bredetto im Tessin die erfolgreiche Verbindung von zwei Bohrungen durch Stimulationen im Granit nachweisen.

Ende 2020 konnte die Geo-Energie Suisse AG (GES) technisch nachweisen, dass das vom Unternehmen patentierte mehrstufige Stimulationskonzept funktioniert. Die erfolgreiche Demonstration fand im Bedretto Untergrundlabor für Geowissenschaften und Geoenergie der ETH Zürich im Kanton Tessin statt. Damit erhofft die Geo-Energie Suisse, dass die Ergebnisse der Stimulation im Gotthard-Massiv dem Pilotprojekt in Haute-Sorne (JU) und der Erzeugung von Strom und Wärme aus Geothermie in der ganzen Schweiz neue Impulse verleihen wird.

Wichtige Ergebnisse auf einen Blick

Im Bedretto-Labor der ETH Zürich gelang es der Geo-Energie Suisse mit zwei 350 bzw. 400 Meter langen Bohrlöchern ein durchlässiges geothermisches Reservoir im Granit des Gotthard-Massivs zu schaffen. Zu diesem Zweck wurden 10 isolierte Bohrlochabschnitte in aufeinanderfolgenden Schrittten hydraulisch stimuliert.

Die durch die Stimulationen induzierte Mikroseismizität mit Größen (Mw) zwischen -3,3 und -1,8 Mw war etwa 1 Million Mal kleiner als das Erdbeben, das 2006 zur Aufgabe des Basler Geothermieprojekts führte.

Innovative Messtechnik zur Überwachung entwickelt

Zum ersten Mal wurden innovative Sensoren, Mess- und Steuerungstechniken getestet, die die Beobachtung und Steuerung der hydraulischen Stimulationen ermöglichte. Diese Techniken erhöhen die Sicherheit bei der Schaffung von künstlichen geothermischen Reservoiren in kristallinem Gestein. Darüber hinaus wurde im Rahmen des Demonstrationsprojekts eine von der ETH Zürich entwickelte Methode zur Vorhersage der Seismizität erfolgreich implementiert.

Pro Stimulationsintervall wurden gemäß einer vorbereiteten Risikostudie maximal 100 Kubikmeter Wasser injiziert. Auf diese Weise könnte die radiale Ausdehnung des stimulierten Systems begrenzt werden, um die Seismizität gering zu halten. Trotz des geringen Injektionsvolumens (etwa 120-mal weniger als in Basel) konnte die Permeabilität der stimulierten Intervalle im Durchschnitt um etwa ein bis zwei Größenordnungen (Faktor 10 bis 100) erhöht werden.

Die verbesserte Permeabilität eines der beiden Bohrlöcher (Durchlässigkeit> 1e-4 m2/s) wäre für eine wirtschaftliche Anwendung in einem geothermischen Projekt ausreichend hoch.

Der stimulierte Bereich der Brunnen im Bedretto-Labor befindet sich in einer Tiefe von 1.400 Metern unter der Oberfläche. Dies entspricht etwas weniger als einem Drittel der angestrebten Reservoirtiefe in Haute-Sorne (4.000 - 5.000 Meter). Die minimale Gesteinsspannung im Bedretto-Labor beträgt etwa ein Viertel der in Basel in einer Tiefe von 5.000 Metern gemessenen Spannung. Die natürlichen Bruchdurchlässigkeiten bei Bedretto (vor der Stimulation) liegen im Bereich derjenigen des kristallinen Untergrunds der Nordostschweiz, gemessen in den tiefen Bohrlöchern der Nagra im Rahmen des kristallinen Programms der 1980er Jahre.

Der Bohrlochdurchmesser (22 cm) entspricht dem des von der Geo-Energie Suisse in Haute-Sorne geplanten Pilotprojekts und beträgt etwa ein Drittel der Länge von Haute-Sorne. Die Erfahrung im Bedretto-Labor zeigt, dass stark abweichende oder horizontale Bohrlöcher in Granit auch technisch und wirtschaftlich machbar sind.

Im März / April 2021 soll das Reservoir durch ein größeres Injktionsvolumen erweitert werden.

Die Ergebnisse des Demonstrationsprojekts beruhen auf einer nationalen und internationalen Forschungsskooperation im Rahmen der Projekte DESTRESS, ZoDrEx, IASS. Es dient der gesamten Schweizer Geothermieindustrie, um die Sicherheit und Erfolgswahrscheinlichkeit zukünftiger Projekte zu erhöhen.

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