“Geosciences 2023 Best Paper Award”: GFZ

Für ihre herausragende Publikation zur optimalen Planung geothermischer Systeme wurden Mrityunjay Singh und Ingo Sass ausgezeichnet.

Blockbild eines Untergrundes mit eingeabreiteter Schicht, die die Klüfte im Untergrund visualisiert. — Illustration eines Querschnitts von einem im EGS-Verfahren (Enhanced Geothermal System) geklüfteten Untergrund. Er zeigt den Prozess der Injektion von kalter Flüssigkeit (blauer Pfeil) in das tiefe geothermische Reservoir, deren anschließende Erwärmung durch die natürlich vorhandene geothermische Energie der Erde sowie die Herstellung Entnahme des heißen Fluides (roter Pfeil) zur nachhaltigen Energieerzeugung für die städtische Infrastruktur an der Oberfläche. *(CCBY 4.0 Mahmoodpour et al. (2022); Geosciences 2022, 12(1), 19; https://doi.org/10.3390/geosciences12010019)*

Dr. Mrityunjay Singh und Prof. Ingo Sass aus der GFZ-Sektion Geoenergie wurden zusammen mit Dr. Saeed Mahmoodpour und Dr. Kristian Bär von TU Darmstadt für ihre herausragende wissenschaftliche Veröffentlichung ausgezeichnet. Das Preiskomitee des Wissenschaftsjournals berücksichtigt bei der Prämierung der Publikation zunächst die Originalität und Bedeutung der Beiträge, aber auch Faktoren wie Zitierungen und Downloads. Die Publikation mit dem Titel „Impact of Well Placement in the Fractured Geothermal Reservoirs Based on Available Discrete Fractured System“ wurde unter insgesamt 377 in Geosciences veröffentlichen wissenschaftlichen Artikeln ausgewählt.

Effiziente Ausschöpfung des geothermischen Potenzials

Ziel der prämierten Publikation und Forschung war es, die Platzierung von Injektions- und Produktionsbohrungen in einem gegebenen geologischen Rahmen so zu optimieren, dass die geothermische Energiegewinnung maximiert werden kann. Die Platzierung der Bohrungen ist grundsätzlich eines der kompliziertesten und teuersten Verfahren. Entsprechende Simulationen solch geklüfteter Reservoire erfordern zudem sehr hohe Rechenleistungen, was die Entwicklung einer Untersuchung im Feldmaßstab erschwerte.

Von der Lage der Injektionsbohrung in Bezug auf die Förderbohrung hängt der Fördermassenstrom, der schlussendlich dem Untergrund Wärme entziehen kann, maßgeblich ab. De facto gibt es eine unendliche Anzahl von Standorten, an denen eine Injektionsbohrung bei der Planung eines Enhanced Geothermal System (EGS) platziert werden kann. Zwei Aspekte sind bei der Auswahl immer wesentlich: Eine Herausforderung ist es, dass die durch die Injektionsbohrung geschaffenen wie auch natürlich vorhandenen Klüfte ausreichend miteinander verbunden sind, damit ein hoher Flüssigkeitsdurchsatz bei einer geringen Druckdifferenz geboten ist. Des Weiteren möchte man die Verweilzeit der Flüssigkeit in den Klüften erhöhen, damit ein ausreichender Wärmeaustausch möglich wird und die Wärme optimal aus dem Untergrund geholt werden kann.

Bei unterschiedlichen Bohrlochpositionen, aber gleichem Bohrlochabstand und gleichen geologischen Eigenschaften, haben die Wissenschaftler:innen ein fast zehnfachen Unterschied zwischen der endgültigen Wärmeentnahme beobachtet. Die Wissenschaftler konnten die Bedeutung der Bruchkonnektivität und -dichte in der Nähe der Bohrlöcher zeigen. Dank ihrer publizierten Forschungsergebnisse wird die Suche nach der optimalen Position des Förderbohrlochs in Zukunft auf den Bereich mit hoher Bruchdichte beschränkt, was den Optimierungsprozess hinsichtlich der Computerrechenleistungen effizient und wirtschaftlich macht.

Originalstudie: Saeed Mahmoodpour, Mrityunjay Singh, Kristian Bär and Ingo Sass (2022): Impact of Well Placement in the Fractured Geothermal Reservoirs Based on Available Discrete Fractured System". Geosciences 2022, 12(1), 19; https://doi.org/10.3390/geosciences12010019