Synthese numerischer Modellansätze für die Behandlung von Reservoiren in verbesserten geothermischen Systemen | SMART-EGS
Thermisch-Hydraulisch-Mechanisch (THM) gekoppelte Prozesse spielen eine zentrale Rolle in unterschiedlichen geologischen und geotechnischen Fragestellungen, u.a. im Endlagerbereich, im Bereich von Standsicherheitsbetrachtungen, im Bereich der Untergrundspeicherung und auch bei der hydro- und petrolthermalen Geothermie. Insbesondere Rissbildungsprozesse, d.h. die dynamische Entwicklung von Diskontinuitäten im Gestein, die als hydraulische Wegsamkeiten wirken können, stellen dabei extrem hohe Anforderungen an die numerischen Konzepte. SMART-EGS soll dazu beitragen, einen robusten Workflow für derartige Problemstellungen zu entwickeln, der auf zwei Grundkonzepten basiert: einerseits einem Hochskalierungsansatz und andererseits der parallelen vergleichenden Verwendung von drei unterschiedlichen numerischen Konzepten. Die Simulationen beruhen auf real gemessenen Daten, an denen die Modelle im ersten Schritt kalibriert und im Anschluss validiert werden. Die Umsetzung des Workflows zielt schließlich auf Prognosen für die Entwicklung eines Multirisssystems zur petrolthermalen Nutzung des Untergrundes ab. Die Datenbasis für SMART-EGS kommt aus den Mini-Frac-Experimenten im Bedretto Untertagelabor, den dort vorgesehenen zusätzlichen experimentellen Untersuchungen sowie aus dem Deep Heat Projekt von ST1 in Finnland auf der Feldskala. Im Ergebnis der Methodenentwicklung werden Konzepte für mindestens einen realen Pilotstandort für petrolthermale Nutzungen des Untergrunds entwickelt.
- Entwicklung eines robusten Workflows:
Erstellung eines einheitlichen Workflows für THM-gekoppelte Simulationen von Rissausbreitungen und Reservoiroptimierung in EGS-Projekten. Vergleich unterschiedlicher numerischer Modellierungstechniken (Kontinuumsansätze, diskrete Elemente und partikelbasierte Methoden), um deren Stärken und Schwächen für verschiedene Phasen der EGS-Entwicklung zu identifizieren. - Modellvalidierung und -verifikation:
Validierung der Modelle anhand von Experimentaldaten aus dem Bedretto Untertagelabor (Pilotmaßstab) und dem ST1 Deep Heat Projekt (Feldmaßstab). Sicherstellung der Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Modelle für die Vorhersage von Rissverhalten und Reservoirleistung. - Optimierung von EGS-Systemen:
Optimierung des Designs und des Betriebs von Multiriss-Systemen zur geothermischen Energiegewinnung, mit Fokus auf die Verbesserung von Fließraten und thermischer Rückgewinnung. Durchführung von Risikoanalysen, um induzierte Seismizität und andere potenzielle Gefahren im Zusammenhang mit EGS-Operationen zu minimieren. - Anwendung auf Feldprojekte:
Anwendung des entwickelten Workflows auf ein Pilotprojekt zur städtischen Wärmeversorgung, um die Machbarkeit der Nutzung von EGS für Fernwärme und Wärmespeicherung zu demonstrieren.
- G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft mbH (GEOS): Projektkoordination, Kontinuumsmodellierung und Risikoanalyse.
- TU Bergakademie Freiberg (TUF): Diskret-Elemente-Modellierung und Simulationen von Rissnetzwerken.
- Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ): Partikelbasierte Modellierung und Reservoir-Engineering.
- Ruhr-Universität Bochum (RUB): Experimentelle Datenerfassung und -analyse aus dem Bedretto Untertagelabor.
- Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programms „Geoforschung für Nachhaltigkeit (GEO:N )“ gefördert.
- Förderkennzeichen: 03G0923C
- Projektlaufzeit: 01.03.2024 – 28.02.2027