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Internationales Benchmarking zur Verifizierung und Validierung von TH²M-Simulatoren insbesondere im Hinblick auf fluiddynamische Prozesse in Endlagersystemen - Erweiterung auf multiphysikalische Ansätze und mehrdimensionale Modellgeometrien

Internationales Benchmarking zur Verifizierung und Validierung von TH²M-Simulatoren insbesondere im Hinblick auf fluiddynamische Prozesse in Endlagersystemen - Erweiterung auf multiphysikalische Ansätze und mehrdimensionale Modellgeometrien, Teilprojekt A

Hochauflösende seismo-thermo-hydromechanische Analyse der hydraulischen Stimulation: Modellentwicklung, Validierung und Anwendung

Enhanced Geothermal Systems (EGS) zielen darauf ab, die in der Erdkruste gespeicherte Wärme durch zirkulierende Flüssigkeiten zwischen Injektions- und Produktionsbohrlöchern zu extrahieren. Ideale Bedingungen finden sich typischerweise in Formationen in einer Tiefe von 2 bis 5 km, in denen die Durchflussrate für kommerzielle geothermische Anlagen nicht ausreicht und in denen die Temperaturen hoch sind (d. H. >> 100 ° C). Daher ist die Hochdruck-Flüssigkeitsinjektion, die als hydraulische Stimulation bekannt ist, eine allgemein angewandte Technik, um ein verbundenes Bruchnetzwerk zu erzeugen, das die Flüssigkeitszirkulation erleichtert. Die hydraulische Stimulation geht typischerweise mit einer induzierten Seismizität einher, die von der Öffentlichkeit wahrgenommen werden kann und sogar Schäden verursacht. Das Ziel dieses Projekts ist es, ein grundlegendes Verständnis der induzierten Seismizität in gebrochenen Gesteinen zu vermitteln, das die Fähigkeit verbessert, das seismische Risiko vorherzusagen und zu kontrollieren. Dieses Projekt geht von der Hypothese aus, dass die Seismizität gemeinsam durch die Bruchnetzgeometrie und die aktivierten thermo-hydromechanischen (THM) Prozesse in geologischen Systemen gesteuert wird. Wir werden Discrete Fracture Networks (DFN) anwenden, um die strukturellen Diskontinuitäten darzustellen und die THM-Prozesse mit hoher Auflösung zu modellieren. Dieses Projekt verwendet die Datensätze aus kleinen (Dekameter-) Stimulationsexperimenten am Grimsel-Teststandort in der Schweiz und modernste numerische Modelle, um Folgendes zu erreichen: 1) Testen Sie die Wirksamkeit hochauflösender Modelle zur Erfassung der seismische, hydraulische und mechanische Prozesse, die mit kleinen Experimenten beobachtet wurden; 2) Verknüpfung der geometrischen Attribute eines Bruchnetzwerks (wie Intensität, Konnektivität, Länge und räumliche Verteilung) mit der räumlichen, zeitlichen und Größenverteilung der induzierten Seismizität; 3) ein neuartiges Prognosemodell für die maximal mögliche Größe vorschlagen und testen, das die gemeinsamen Auswirkungen von Multiphysikprozessen berücksichtigt, die unter standortspezifischen geologischen Bedingungen und Betriebsbedingungen dominieren; 4) Bewertung der Hochskalierung der hochauflösenden DFN-Modelle im kleinen Maßstab (Dekameter), um die Experimente im Reservoir-Maßstab (Kilometer) zu simulieren. Dieses Forschungsprojekt ist neu in der Behandlung der durch Injektion induzierten Seismizität durch hochauflösende physikbasierte Modelle und hochwertige Datensätze, die aus einzigartigen In-situ-Experimenten abgeleitet wurden. Die vorgeschlagene Forschung hat erhebliche Auswirkungen auf die Förderung der Übergangspolitik hin zu einer Versorgung mit erneuerbaren Energien und trägt dazu bei, unser Wissen über die Auslösemechanismen induzierter Erdbeben zu erweitern.

Einfluss von Vergletscherung, Permafrost und tektonischen Bedingungen auf die Ausbreitung von Radionukliden im Fernfeld eines Tiefenlagers nach einem potenziellen Schadensfall

Die Entsorgung nuklearer Abfälle in geologischen Tiefenlagern muss in Gebieten erfolgen, die vom Grundwasserstrom ausreichend isoliert bleiben. Andernfalls können Fluidströmungsprozesse bei einer gestörten Entwicklung des Endlagers die Migration von Radionukliden in die Biosphäre begünstigen. Nur wenige Studien befassen sich mit den Folgen des weiträumigen Radionuklidtransports in solchen Worst-Case-Szenarien. Die hydrogeologischen Bedingungen des Gesamtsystems in der Nachbetriebsphase werden sich jedoch letztendlich von denen zum Zeitpunkt des Endlagerbaus unterscheiden und werden sowohl von äußeren Faktoren (z.B. Klimawandel) als auch von intrinsischen Beckeneigenschaften stark beeinflusst. Dieses Vorhaben im Bereich der Umweltrisiken zielt darauf ab, die Auswirkungen von (i) Vereisung, (ii) Permafrost und (iii) tektonischen Ereignissen auf die hydrologischen und hydromechanischen Grenzen zu untersuchen, die den großräumigen Grundwasserfluss in der Nähe von hypothetischen Abfalldeponien bestimmen. Zu diesem Zweck dient der Yeniseisky-Standort (YS) in Russland, ein potenzielles geologisches Tiefenlager für radioaktive Abfälle in kristallinem Gestein, als Fallstudie, der auf einzigartige Weise alle drei oben genannten Merkmale der geologischen Umgebung umfasst. Multiphysikalische Simulationen von thermisch-hydraulisch-mechanisch-chemisch gekoppelten Prozessen (THM-C) werden angewendet, um Szenarien der Fernfeld-Radionuklidentwicklung im Extremfall eines Endlagerstörfalls zu liefern. Die Neuartigkeit der THM-C-Modelle und der Zugang zu einer einzigartigen Datenbank der YS werden das klassische Verständnis von anomaler Fluid-, Wärme- und Massentransportvorgänge innerhalb tektonisch aktiver Becken erweitern. Während sich das vorgeschlagene Vorhaben auf die Thematik der nuklearen Entsorgungsforschung bezieht, können die den entwickelten Modellen zugrunde liegenden physikalischen und numerischen Konzepte auf eine Vielzahl von Nutzungsszenarien der Geosphäre (z.B. CO2-Speicherung, Abfallentsorgung, Entstehung seismischer Ereignisse) angewendet werden. Darüber hinaus sind entsprechende Benchmarkstudien in ähnlichen kristallinen geologischen Formationen geplant.

Methoden zur experimentellen und numerischen Analyse der geologischen Barriere eines Endlagers in tonreichen Sedimentgesteinsformationen (MAGNUS)

UG2: Geomechanische Integrität von Wirts- und Barrieregesteinen - Experiment, Modellierung und Analyse von Diskontinuitäten, Vorhaben: Modellierung von Wegsamkeiten - Numerische Simulation komplexer Prozesse, Datenvisualisierung und Datenmanagement

Vorhaben: Wegsamkeiten durch Spannungsumlagerungen - Numerik^Vorhaben: Experimentelle Untersuchungen zur druckgetriebenen Perkolation in Barrieregesteinen (Salz, Ton) und numerische Simulation mit diskontinuums-mechanischen Berechnungsmodellen^Vorhaben: Wegsamkeiten im Tongestein durch Quell- und Schrumpfungsprozesse sowie druckgetriebene Perkolation: Entwicklung, Validierung und Verifizierung von neuen Modellierungsansätzen in OpenGeoSys unter Einbeziehung von Ergebnissen aus in situ Experimenten^Vorhaben: Wegsamkeiten durch Spannungsumlagerungen^UG: GeomInt: Geomechanische Integrität von Wirts- und Barrieregesteinen - Experiment, Modellierung und Analyse von Diskontinuitäten, Vorhaben: Entwicklung von experimentellen Grundlagen und numerischen Modellen zur mikro- und mesoskopischen Abbildung einer Diskontinuitätsbildung in Wirts- und Barrieregesteinen

Die Nutzung des untertägigen Raums als Ressourcenquelle, Speicher und Verkehrsraum ist in den vergangenen Jahren deutlich komplexer, insbesondere im Zusammenhang mit Fragen der Transformation von Energiesystemen oder sichere Verwahrung von Abfällen bei der Energieproduktion oder aus Industrie, geworden. In der Beurteilung eines wirtschaftlichen und ökologischen Betriebs von untertägigen Geosystemen kristallisieren sich die Themen Schädigung, Rissbildung und -fortschritt sowie Grenzflächenproblematik als bisher wenig verstanden Aspekte heraus. Sie mit in der Praxis gängigen, kommerziellen numerischen Simulationssystemen derzeit nicht adäquat modellierbar und stellen daher dringlichen Forschungsbedarf dar. Das geplante Vorhaben leistet wesentliche Beiträge für experimentell-numerische Analyse zur Diskontinuitätsentstehung in den untertägigen Gesteinen, unter Berücksichtigung von gekoppelte mechanischer, thermischer und hydraulischer Prozesse in der Diskontinuitätenentwicklung. Die Projektergebnisse sollen ein verbessertes Verständnis diese Prozesse zur zuverlässigen Planung der geotechnischen Nutzung des unterirdischen Raumes geben. Das Gesamtprojekt beinhaltet 3 Hauptarbeitspakete, bezüglich der Untersuchung der Wegsamkeiten durch Quell-und Schrumpfungsprozesse, durch druckgetriebene Perkulationen und durch Spannungsumlagerungen, wobei in den AP's die experimentellen und numerischen Analysen und Entwicklungen durchgeführt werden. Die CAU Kiel ist in den experimentellen und numerischen Entwicklungen zu den AP's 1 und 2 involviert. Darin sind als experimentelle Laboruntersuchungen, Analysen zur Rissinitiierung und Selbstheilung von Tonen und Salzgesteinen unter thermisch, hydraulischen und mechanischen Randbedingungen geplant. Als numerische Entwicklungen sind aufbauend auf eigenen LEM Entwicklungen, Weiterentwicklungen zur getriggerten Rissinitiierung und Selbstheilung von Tonen und Salzgesteinen unter den gegebenen Randbedingungen geplant.

Entwicklung eines innovativen Feuerungsverfahrens zur thermischen Verwertung von stückigen und staubigen biogenen Reststoffen - Teilprojekt der THM: Untersuchungen der Brennstoffeigenschaften und Entwicklung eines Modells zur Konditionierung und Konfektionierung des Grünschnitts

Ein Verfahren zur kombinierten Verfeuerung von stückiger und staubiger Biomasse (z.B. Grünschnittholz und -staub) ist bisher nicht am Markt zu finden. Übliche Verfahren von Biomasseheizwerken vergleichbarer Leistung verfeuern nur homogene und sortenreine Brennstoffe, wie z.B. Pellets oder Holzhackschnitzel. Leistungsspitzen werden durch zusätzliche Öl- oder Gasbrenner gedeckt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Feuerungsverfahrens, das sehr gut regelbar ist und dennoch undefinierte Biomassen verfeuern kann. So wird aus regionalen biogenen Reststoffen energetischer Rohstoff und es kann nachhaltig Energie erzeugt werden. Für einen Betrieb über das gesamte Jahr muss ein Modell zur Konditionierung und Konfektionierung des Grünschnitts und Rohstoff-, Energie- und Ökobilanzen für das Verfahren entwickelt werden.

Dolomitkluft - Erschließung, Test und Analyse des ersten kluftdominierten Dolomitaquifers im tiefen Malm des Molassebeckens, Teilprojekt D: Test- und Stimulationsplanung, Analyse der Diagenese und Petrographie

Gesamtziel des Verbundvorhabens ist die Erhöhung der Erfolgsaussichten bei der Exploration und Erschließung geothermischer Reservoire zur Wärme- und Stromerzeugung vor allem in der S/SW bayerischen Molasse. Im Teilvorhaben erstellt GTN ein dynamisch-gekoppeltes numerisches Modell (Basis: 3DSeismik), welches die Charakterisierung der Störungszonen und ihres Einflusses auf das Strömungsverhalten zum Ziel hat. Die Ergebnisse von GTN (nutzt FEFLOW) werden mit denen von G.E.O.S. (nutzt ECLIPSE) verglichen. GTN unterstützt die TUM bei der Bewertung der Gesteine und Teste bzgl. der EGS-Eignung des klüftigen Malms und bei der hydraul. Bewertung der Störungen. Schwerpunkt von GTN liegt auf der Auswertung der Testdaten (FIT) in Kombination mit den Bohrlochmessungen und Daten aus anderen Projekten. Es wird ein Cutting-Log der Bohrung erstellt, wo keine Bohrkerne vorliegen. Schwerpunkt liegt auf den mikrofazielle Analyse der Cuttings, welche u.a. auch auf Dünnschliffen der Cuttings fußt und mit den petrographischen Analysen aus Bohrkernen verglichen werden. Schwerpunkt von GTN ist die Erstellung eines Konzeptes zur Stimulation und zum Test des geplanten Sidetracks, welche neue Methoden/Stimulatoren nutzt. GTN unterstützt alle weiteren Arbeiten durch ihre Fachkenntnisse. Um die wirtschaftlichen und technischen Ziele des Gesamtvorhabens zu erreichen, sollen in diesem Teilprojekt folgende Arbeiten von der GTN durchgeführt werden: a.) Präzisierung des geologischen Modells auf Basis vom Check Shot und neu gewonnenen Bohrungsdaten im Verlauf des Projektes zusammen mit G.E.O.S.; b.) Geotherm. Reservoirmodellierung mit FEFLOW und Vergleich mit Ergebnissen aus ECLIPSE; c.)Bewertung der Labordaten und des Gebirges hinsichtlich EGS-Nutzung; d.)Bewertung von Fazies und Diagenese; e.) Planung und Auswertung der Test- und Stimulationsarbeiten unter Berücksichtigung neuer Verfahren und Stimulationsmittel; f.) Bewertung der Fluiddaten.

Machbarkeitsstudie zur Kopplung eines Blockheizkraftwerkes mit einem tiefen geothermalen Energiespeicher (GtES)^Teil 1, Teil 2

Im Energieszenario Baden-Württemberg 2050 vom Dezember 2011 zielt die Landesregierung Baden Württemberg auf einen Ausbau des Anteils erneuerbaren Energien auf 80% am Gesamtenergieverbrauch bis zum Jahr 2050. Voraussetzung dafür ist eine Reduzierung des Energieverbrauchs um 49% bezogen auf den Verbrauch 2010. Ein wesentliches Mittel zur Energieeinsparung ist hierbei die Steigerung der Energieeffizienz bei der Stromgewinnung, die Nutzung der Geothermie insbesondere zur Wärmeversorgung sowie die Speicherung von Wärme. Die Erhöhung des Anteils der Kraft-Wärme Kopplung (KWK) kann die Effizienz der Stromerzeugung signifikant erhöhen. Deren Effizienz wird derzeit jedoch gemindert, da die produzierte Elektrizität und Wärme i.d.R. nicht in gleichem Ausmaß und zum selben Zeitpunkt nachgefragt werden, in dem diese anfallen. Die Überschussenergie für einen späteren Abruf zwischen zu speichern stellt eine Möglichkeit dar, die Effizienz von KWK-Anlagen zu steigern. Auf diese Weise kann die Wärme zu Zeiten, in denen z.B. weniger Heizwärme benötigt wird, diese in den Speicher als Überschusswärme eingelagert werden, und zu Zeiten mit erhöhtem Wärmebedarf (z.B. Winter) aus dem Speicher entnommen werden. Ziel dieses Verbundprojektes ist die Bewertung der Machbarkeit einer saisonalen Langzeitwärmespeicherung auf der Basis tiefer Aquifer-Speicher im südlichen Oberrheingraben. Ein Schwerpunkt der Studie liegt auf der Bewertung der geologischen und geothermischen Untergrundverhältnisse in der Freiburger Bucht und dem Aufbau eines 3D Reservoirmodells (AP1). Auf dieser Grundlage sollen mit Hilfe von nummerischen T-H-Modellierungen geothermischen Erschließungs- und mögliche Realisierungskonzepte eines geothermischen Speichers erarbeitet werden, welche sich vorwiegend an der prognostizierten Bedarfsanalyse orientieren (AP2). Ziel ist es, einen Projektvorschlag zu erarbeiten, der unter den bestehenden geologischen Bedingungen und möglichen technischen Systemen eine optimale Wirtschaftlichkeit verspricht.

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