Geothermische Energiesysteme

Im Fokus des Topics Geothermische Energiesysteme steht die umweltfreundliche und ökonomisch nachhaltige Nutzung der Erdwärme für die Wärme- und Stromversorgung. Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung von standortunabhängigen Konzepten zur Erschließung und zum Engineering von geothermischen Reservoiren, um eine nachhaltige Nutzung in verschiedenen geologischen Umgebungen sicherzustellen. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt ist die unterirdische Speicherung von thermischer Energie in Aquiferen (Grundwasserleitern).

Das Topic wird von drei Einrichtungen bearbeitet, neben dem GFZ (Ernst Huenges) sind dies das KIT (Thomas Kohl) und das UFZ (Olaf Kolditz). Wir kombinieren feldbasierte geologische, geophysikalische und geochemische Methoden mit der klassischen Reservoircharakterisierung und Spannungsfeldanalyse. Wir stellen Lösungen bereit für die Entwicklung optimierter Wärmetauscher in der Tiefe sowie zur Überwachung und Sicherstellung eines umweltgerechten Anlagenbetriebs. Unser interdisziplinärer Forschungsansatz verbindet Themen der Erschließung und Nutzung des Untergrundes mit energie- und verfahrenstechnischen Fragestellungen. Für eine erfolgreiche Umsetzung dieser Forschungsziele sind Großlabore und hochentwickelte Infrastrukturen erforderlich.

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Zentrale Forschungsfragen:

  • Wie können wir die sichere Erschließung und eine nachhaltige Nutzung geothermischer Reservoire sicherstellen? Was sind geeignete Stimulationsbehandlungen, um die Reservoireigenschaften zu verbessern?
  • Wie können wir den Wärmeentzug optimieren und das Risiko schädlicher Auswirkungen auf die Umwelt minimieren?
  • Wie können neue Bohrloch-Messtechniken wie die faseroptische Sensorüberwachung sowie gekoppelte Reservoirmodelle eingesetzt werden, um die dynamischen Prozesse im Reservoir während des gesamten Nutzungsprozesses zu beschreiben?
  • Wie können wir Strategien einschließlich einer geeigneten Materialauswahl entwickeln, um Scaling (Feststoffausfällung) und Korrosion während des Anlagenbetriebs zu verhindern? Was sind geeignete Anlagenkonzepte und Optimierungsstrategien auf dem Gebiet der Energie- und Verfahrenstechnik?
  • Wie können wir die physikalischen und chemischen Eigenschaften geothermischer Fluide und deren Wechselwirkungen mit Gesteinen und Materialien besser verstehen, um das Langzeitverhalten von geothermischen Reservoiren vorhersagen zu können?

Neuste Publikationen:

Reinsch, T., Kranz, S., Saadat, A., Huenges, E., Rinke, M., Brandt, W., Schulz, P. (2016 online): Balanced Reverse-Cleanout Operation: Removing Large and Heavy Particles From a Geothermal Well. - SPE Production & Operations.
DOI: http://doi.org/10.2118/181741-PA

Adao, F., Ritter, O., Spangenberg, E. (2016): The electrical conductivity of Posidonia black shales - from magnetotelluric exploration to rock samples. - Geophysical Prospecting, 64, 2, pp. 469—488.
DOI: http://doi.org/10.1111/1365-2478.12288

Westphal, A., Lerm, S., Miethling-Graff, R., Seibt, A., Wolfgramm, M., Würdemann, H. (2016): Effects of plant downtime on the microbial community composition in the highly saline brine of a geothermal plant in the North German Basin. - Applied Microbiology and Biotechnology, 100, 7, pp. 3277—3290.
DOI: http://doi.org/10.1007/s00253-015-7181-1

Bindi, L., Förster, H.-J., Grundmann, G., Keutsch, F., Stanley, C. (2016): Petříčekite, CuSe2, a New Member of the Marcasite Group from the Předbořice Deposit, Central Bohemia Region, Czech Republic. - Minerals, 6, 2, pp. 33.
DOI: http://doi.org/10.3390/min6020033

Jolie, E., Klinkmüller, M., Moeck, I., Bruhn, D. (2016): Linking gas fluxes at Earth's surface with fracture zones in an active geothermal field. - Geology, 44, 3, pp. 187—190.
DOI: http://doi.org/10.1130/G37412.1

Brehme, M., Deon, F., Haase, C., Wiegand, B., Kamah, Y., Sauter, M., Regenspurg, S. (2016): Fault controlled geochemical properties in Lahendong geothermal reservoir Indonesia. - Grundwasser, 21, 1, pp. 29—41.
DOI: http://doi.org/10.1007/s00767-015-0313-9

Brehme, M., Blöcher, G., Cacace, M., Deon, F., Moeck, I., Wiegand, B., Kamah, Y., Regenspurg, S., Zimmermann, G., Sauter, M., Huenges, E. (2016): Characterizing permeability structures in geothermal reservoirs – A case study in Lahendong - Proceedings, 1st Workshop on Geothermal Reservoir Engineering (Stanford, California, USA 2016).

Regenspurg, S., Feldbusch, E., Norden, B., Tichomirowa, M. (2016): Fluid-rock interactions in a geothermal Rotliegend/Permo-Carboniferous reservoir (North German Basin). - Applied Geochemistry, 69, pp. 12—27.
DOI: http://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2016.03.010

Stephenson, M., Schofield, D., Luton, C., Haslinger, F., Henninges, J., Giardini, D. (2016): Geo-energy Test Beds: part of the European Plate Observing System, (Geophysical Research Abstracts, Vol. 18, EGU2016-2493, 2016), General Assembly European Geosciences Union (Vienna, Austria 2016).

Förster, H.-J., Bindi, L., Stanley, C. J. (2016): Grundmannite, CuBiSe2, the Se-analogue of emplectite, a new mineral from the El Dragón mine, Potosí, Bolivia. - European Journal of Mineralogy, 28, 2, pp. 467—477.
DOI: http://doi.org/10.1127/ejm/2016/0028-2513

Fuchs, S., Balling, N. (2016): Improving the temperature predictions of subsurface thermal models by using high-quality input data. Part 1: Uncertainty analysis of the thermal-conductivity parameterization. - Geothermics, 64, pp. 42—54.
DOI: http://doi.org/10.1016/j.geothermics.2016.04.010

Fuchs, S., Balling, N. (2016): Improving the temperature predictions of subsurface thermal models by using high-quality input data. Part 2: A case study from the Danish-German border region. - Geothermics, 64, pp. 1—14.
DOI: http://doi.org/10.1016/j.geothermics.2016.04.004

Kirsch, R., Balling, N., Boldreel, L. O., Fuchs, S., Hese, F., Hjuler, M. L., Mathiesen, A., Nielsen, C. M., Nielsen, L. H., Offermann, P., Poulsen, N. E., Rabbel, W., Thomsen, C. (2016): Project GeoPower: Basic subsurface information for the utilization of geothermal energy in the Danish-German border region, (Geophysical Research Abstracts, Vol. 18, EGU2016-7708, 2016), General Assembly European Geosciences Union (Vienna, Austria 2016).
DOI: http://doi.org/10.13140/RG.2.1.1524.0087

Fuchs, S., Balling, N., Förster, A. (2016): New approaches in the indirect quantification of thermal rock properties in sedimentary basins: the well-log perspective, (Geophysical Research Abstracts, Vol. 18, EGU2016-4476, 2016), General Assembly European Geosciences Union (Vienna, Austria 2016).
DOI: http://doi.org/10.13140/RG.2.1.2572.5844

Fuchs, S., Balling, N. (2016): Temperature field and heat flow of the Danish-German border region – borehole measurements and numerical modelling, (Geophysical Research Abstracts, Vol. 18, EGU2016-4516-1, 2016), General Assembly European Geosciences Union (Vienna, Austria 2016).
DOI: http://doi.org/10.13140/RG.2.1.4669.7366