ThermoOptiPlan: Optimierung der Planung und des Betriebs von Geothermiesystemen mittels innovativer Prognosetools

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ThermoOptiPlan

ThermoOptiPlan: Optimierung der Planung und des Betriebs von Geothermiesystemen mittels innovativer Prognosetools

01.01.2025 bis 31.12.2027


Leibniz Universität Hannover, Institut für Strömungsmechanik und Umweltphysik im Bauwesen
Appelstraße 9a
30167 Hannover

Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR)

Geoforschung für Nachhaltigkeit (GEO:N)

Tiefengeothermie

Eine Herausforderung bei der Erschließung neuer Quellen für die Nutzung tiefer Geothermie ist die unzureichende Kenntnis des geologischen Untergrunds und die damit einhergehenden Unsicherheiten auf der einen Seite und der hohe Kostenaufwand für Exploration und Erschließung auf der anderen Seite. Aufgrund der hohen Kosten und des ungewissen Erfolges scheuen Unternehmen häufig davor zurück, dieses als Fündigkeitsrisiko bezeichnete Wagnis einzugehen. Ein weiteres Risiko besteht darin, dass trotz Auffinden von Thermalwässern kein erfolgreicher, langfristiger Betrieb der geothermischen Anlage erreicht wird, da es aufgrund chemischer Reaktionen zu Ausfällungen (sog. Scaling) im Nahfeld der Injektionsbohrung kommen kann, welche die Effizienz und Leistungsfähigkeit eines geothermischen Systems negativ beeinflussen.

Die oft begrenzte Datenlage zu den geologischen Eigenschaften des tiefen Untergrundes hat eine große Bedeutung für die Erschließung neuer Quellen tiefer Geothermie. Daher beabsichtigt das Projekt ThermoOptiPlan Methoden und numerische Werkzeuge zu entwickeln, um aus den vorhandenen Daten die bestmöglichen Informationen über den Untergrund und der darin ablaufenden Prozesse generieren zu können, mit den Informationen die Unsicherheiten bei der Prozessvorhersage zu quantifizieren und basierend darauf risikobasierte Entscheidungen zu unterstützen. Zur Erschließung und Verknüpfung vorhandener Datenquellen, die in sehr unterschiedlichen Formaten vorliegen können, sollen Methoden des maschinellen Lernens entwickelt und angewandt werden. Dabei liegt der Fokus auf geothermischen Dublettensystemen in Porenaquiferen im norddeutschen Becken. Ziel des Projekts ist es, ein IT-basiertes Konzept zur Unterstützung der Planung solcher Systeme und insbesondere der damit verbundenen risikobasierten Entscheidungen zu erarbeiten. Als besonderes Risiko soll der Einfluss geochemischer Prozesse auf die langfristige Effizienz dieser Systeme abgeschätzt werden. Hierfür werden ein digitales Abbild (Digitaler Zwilling) mit Bewertung der Unsicherheiten entwickelt sowie verschiedene aufeinander abgestimmte digitale Werkzeuge erstellt und in einem quelloffenen Arbeitsablauf zusammengefasst. Die Anwendung der Neuentwicklungen soll am Beispiel einer Geothermieanlage in Norddeutschland (Referenzanlage) erfolgen, für die eine umfangeiche Datenlage existiert. Das Projekt gliedert sich in insgesamt fünf Arbeitspakete. Im Rahmen des ersten Arbeitspakets wird die geowissenschaftliche Datenaufbereitung erfolgen, für die schwerpunktmäßig Informationen der Referenzanlage genutzt werden sollen. Das zweite Arbeitspaket befasst sich mit der automatisierten Auswertung teils analog vorliegender Daten mittels Maschinellem Lernen. Ferner ist der Aufbau eines Digitalen Zwillings für den Standort der Referenzanlage vorgesehen. Im Mittelpunkt des dritten Arbeitspakets steht die numerische Modellierung von Strömung und Wärmetransport sowie geochemischer Prozesse im Untergrund. Das dabei entwickelte Prozessmodell dient insbesondere zur Simulation von Scaling-Prozessen in den geologischen Formationen und möglicher Gegenmaßnahmen. Das vierte Arbeitspaket konzentriert sich auf die Bestimmung hydraulischer Untergrundparameter und deren räumlicher Verteilung sowie die Quantifizierung und mögliche Verringerung der damit verbundenen Vorhersageunsicherheiten. Hierbei sollen im späteren Teil auch mögliche Scaling-Effekte berücksichtigt werden. Mit dem fünften Arbeitspaket ist die Bestimmung und Reduktion von Unsicherheiten sowie die Entwicklung eines Entscheidungshilfewerkzeuges zur Planungsoptimierung vorgesehen. Mit Abschluss des Projekts soll die Bereitstellung von quelloffenen (open source) Werkzeugen und eines Workflows zur Verminderung des Fündigkeitsrisikos sowie von Betriebsrisiken geothermischer Anlagen erfolgen.