Abschluss des Geothermie-Forschungsprojekts INSIDE

Um die Hauptziele des Projekts zu erreichen, haben die Betreiber des Projekts und das KIT in diesen viereinhalb Jahren an mehreren Themen zusammengearbeitet: fundierte Datenanalyse, seismische Überwachung, geodätische Überwachung, numerische Reservoir-Modellierung, Reservoir-Management-System und Kommunikation mit der Öffentlichkeit. Zu jedem Themenblock gab es eigene Fragestellungen zu beantworten:

• Ist es möglich, das seismische Geschwindigkeitsmodell zu verbessern und es für die untersuchte geothermische Zone zuverlässig zu machen? Dies würde die Lokalisierung möglicher seismischer Ereignisse verbessern.
• Lässt sich die Empfindlichkeit seismischer Überwachungsnetze im Münchner Stadtgebiet verbessern und schwache induzierte Seismizität beobachten? Dies könnte den Betreibern helfen, Seismizität einzudämmen.
• Ist Distributed Acoustic Sensing (DAS) aus Glasfaserkabel-Technologie zur seismischen Überwachung einsetzbar? Dies könnte die seismischen Überwachungsmöglichkeiten verbessern.
• Sind im Projektgebiet Hebungen oder Senkungen erkennbar und lassen sich satellitengestützte Messungen zur Bestimmung des Einwirkungsbereiches nutzen? Dies könnte zu einer besseren räumlichen und zeitlichen Eingrenzung von Bodenbewegungsereignissen beitragen.
• Wie variieren Temperatur, Druck und Spannung im Reservoir im Verlauf der geothermischen Feldausbeutung und lässt sich diese numerische Reservoir-Modellierung mit einem Modell der induzierten Seismizität koppeln? Dies würde dazu beitragen, die Geothermie-Ressourcen für eine nachhaltige Nutzung zu gestalten.
• Wie sollten Betreiber reagieren, wenn „kritische Ereignisse“ beobachtet oder vorhergesagt werden, und können wir ein in den „Kontrollraum“ der Betreiber integriertes System schaffen, um die Entscheidungsfindung zu erleichtern und zu beschleunigen?

Die in Pullach (VSP) erfassten aktiven seismischen Bohrdaten ermöglichten es, das seismische Geschwindigkeitsmodell in diesem Gebiet zusammen mit den vorhandenen seismischen 2D- oder 3D-Interpretationen besser zu definieren. Darüber hinaus wurden Kernproben im Labor analysiert, um zusätzliche petrophysikalische Informationen zu liefern, die für die Charakterisierung der Reservoirgesteine und ihrer Reaktion auf Druck, Spannung oder Temperatur nützlich sind.

Das im Rahmen von INSIDE eingesetzte seismische Überwachungsnetzwerk konnte Ereignisse mit Magnitude -0,8 auf Reservoirebene erkennen. In den letzten drei Jahren wurde jedoch fast keine Seismizität beobachtet. Die Leistungsfähigkeit von Bohrloch- oder Oberflächenseismometern, Oberflächen-Miniarrays und Glasfaserkabel-Sensoren konnte verglichen werden. Dies zeigte, dass die DAS-Erfassung aus Glasfaserkabeln, die in Bohrlöchern einzementiert werden, eine wertvolle Technologie zur Erkennung sehr kleiner seismischer Ereignisse ist.

Die Analyse der Satellitendaten zeigte, dass die Präzisionsanforderungen der Markscheider-Bergverordnung erfüllt werden können. Untersucht wurden Zeitreihen der globalen Positionierungsdienste wie GPS sowie Radarbilder von Erdbeobachtungssatelliten. Diese Technologien, insbesondere die kostenfrei verfügbaren Karten des deutschen und des europäischen Bodenbewegungsdienstes, können die räumliche und zeitliche Auflösung der Bodenbewegung (Hebung oder Senkung) verbessern und dazu beitragen, sensible Strukturen sowie den Beginn möglicher Veränderungen besser zu identifizieren. An den Bohrungen in der Schäftlarnstraße in München und in Pullach waren weder Hebungen noch Senkungen im Zusammenhang mit der Geothermie-Nutzung eindeutig nachweisbar.

Die numerische Reservoirmodellierung bestätigte die Rolle der thermischen Effekte in der Nähe der Injektionsbohrungen im Reservoir und konnte auch das Ausmaß der Bodenverformung simulieren, das auf lange Sicht zu erwarten ist und mit weniger als einigen Zentimetern über 50 Jahre der Nutzung gering bleibt. Die Kopplung eines komplexen 3D-thermo-hydromechanischen Reservoirmodells mit einem dynamischen Erdbebenausbreitungsmodell wurde implementiert. Hier sind jedoch weitere Arbeiten erforderlich, um induzierte Seismizität zu simulieren.

Abschließend wurde ein Konzept für das Reservoirmanagement vorgeschlagen, das eine Datenbank, ein Verarbeitungszentrum und ein Dashboard kombiniert. Ein auf einer Internet-of-Things-Plattform (IoT) basierender Prototyp wurde in der Schäftlarnstraße in München mit verteilten akustischen Daten getestet, die von einem im Bohrloch zementierten Glasfaserkabel erfasst wurden. Dieser erste Test zeigte, dass das vorgeschlagene Konzept realisierbar ist, es sind jedoch noch weitere Anstrengungen erforderlich, um ein wirksames System zu implementieren.

Die Zusammenarbeit von Betreibern und Forschern im Rahmen des INSIDE-Forschungsprojekts hat zur Installation eines äußerst leistungsstarken und hochempfindlichen Messnetzwerks geführt, trotz städtischer Umgebung und relativ hohem menschengemachten Lärmpegel.

Auch nach Abschluss des Forschungsvorhabens können die Betreiber von Messungen und Daten profitieren, die weit über die Anforderungen des Gesetzgebers hinausgehen. Durch die deutliche Steigerung von Daten und Sensitivität können die Betreiber mit einem besseren Verständnis des Untergrunds rechnen, was angesichts der zahlreichen neuen und geplanten Geothermie-Projekte im Raum München hoch relevant ist.

Darüber hinaus bietet die große Sensitivität der seismischen und geodätischen Netze den Betreibern die Möglichkeit, bei anormalem – aber noch geringem – seismischem und geodätischem Verhalten frühzeitig und angemessen zu reagieren.

Die in der Schäftlarnstraße implementierte Infrastruktur zwischen Glasfaserkabel und Verarbeitungsergebnissen der erhobenen Daten war ein Vorschlag, um die Möglichkeiten einer nahezu Echtzeitverarbeitung von DAS-Glasfaserkabel-Messungen innerhalb der Arbeitsumgebung des Betreibers zu testen, der daraus abgeleitet entsprechende operative Entscheidungen treffen kann. Dies war ein entscheidender Schritt in Richtung eines Reservoir-Management-Systems. Letztendlich wird ein besseres und genaueres Verständnis der Ressourcen unter unseren Füßen dazu beitragen, dass wir diese Energieressourcen nachhaltig nutzen können.