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Development of novel and cost-effective drilling technology for Geothermal Systems

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Ganzheitliche Technologie verringert die Kosten von Geothermiebohrungen

Die Kosten geothermischer Tiefenbohrungen erreichen Höchststände. Neue optimierte Geräte und Technologien sollen die Gesamtkosten drastisch reduzieren.

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Geothermische Energie ist eine Ressource mit geringem CO2-Ausstoß, die den Heiz-, Kühl- und Strombedarf der Zukunft decken könnte. Trotz ihres Potenzials verhindern die befürchteten Kosten in Verbindung mit Bohrarbeiten und dem langen Entwicklungszyklus geothermischer Energie, dass diese eine größere Rolle spielt. „Das Verfahren der Geothermiebohrung selbst ist kapitalintensiv und macht oft 50 % der Gesamtkosten des geplanten Geothermieprojekts aus. Die damit verbundenen Kosten sind bei verbesserten geothermischen Systemen exponentiell höher, was auf größere Bohrabstände, längere Abschaltzeiten und raue Umgebungsbedingungen zurückzuführen ist”, erklärt Namrata Kale, Koordinatorin des EU-finanzierten Projekts Geo-Drill. Die Technologie verbesserter geothermischer Systeme (Enhanced Geothermal Systems, EGSs) ist ein Verfahren zur Erhöhung der Durchlässigkeit in geologischen Formationen, bei dem Bruchnetzwerke und Fließwege erweitert werden und so eingespeistes Wasser auf seinem Weg durch die Brüche natürlich erwärmt werden kann.

Ein sicherer kostengünstiger Imlochbohrhammer

Geo-Drill konzipierte einen Imlochbohrhammer, der mit einem innovativen Ventilsystem funktioniert, welches beständiger ist und über eine längere Leistungsdauer verfügt. Anders als traditionelle Wasserhammer wird der Imlochbohrhammer von Geo-Drill von bistabilen fluidischen Oszillatoren angetrieben, die beim Schlagmechanismus wesentlich größere Toleranzen zulassen. „Die Betriebssicherheit unseres neuen Hammers ist höher, denn durch die Reduzierung von Innenteilen, die hohe Abnutzungs-/Ausfallraten aufweisen, werden einige Probleme in Verbindung mit Luft-/Wasserhammern beseitigt,“ merkt Kale an.

Verbesserte Überwachungssensoren und Werkstofftechnik

Forscherinnen und Forscher entwickelten robuste kostengünstige 3D-gedruckte Sensoren, die Echtzeit-Daten zu Bohrvorgängen liefern, z. B. zur Interaktion zwischen Bohrspitze und Gestein, zu Schlagenergie und Schlagfrequenzen. Simulationen zur Sicherung der Fließfähigkeit in Kombination mit den Sensordaten und einem wissensbasierten System helfen bei der Optimierung von Bohrparametern und der Leistung beim Bohrkleintransport. Die Entwicklung von Graphenbeschichtungen trug zur allgemeinen Verbesserung und längeren Lebensdauer der Bohrgerätkomponenten bei, da diese Beschichtungen für bessere Substrathaftungs- und Dispersionseigenschaften sowie eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber Abnutzung, Verschleiß, Korrosion und Stößen sorgen.

Strenge Prüfung von Technologien

Die im Laufe des Geo-Drill-Projekts ausgetüftelten Technologien wurden umfassenden Labortests unter realistischen Reservoirbedingungen unterzogen. Hierfür wurde der In-situ-Bohrloch- und Geofluid-Simulator am Internationalen Geothermiezentrum (GZB) in Deutschland genutzt. „Wir haben eine ganzheitliche Technologie entwickelt, die eine sichere, wirtschaftliche und effiziente Methode für geothermische Hochleistungsbohrungen bietet. Das übergeordnete Ziel des Projekts ist die Reduzierung der Bohrkosten um bis zu 60 %“, so Kale. „Anders als die meisten Bohrsysteme erleichtert unser ganzheitlicher Ansatz an die Imloch-Ausrüstung sowohl für Projektträger als auch für Auftragnehmer die Faktoren Beschaffung und Logistik. Die Sicherstellung der vollständigen Kompatibilität der gesamten Ausrüstung, die zu einer Bohrstelle befördert wird, ist ein wesentlicher Vorteil, der zu geringeren Betriebszeiten führt“, schließt Kale ab.

Schlüsselbegriffe

Geo-Drill, Geothermiebohrungen, ganzheitlich, geothermische Energie, Imlochbohrhammer, fluidischer Oszillator, Überwachung, Beschichtung

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