Mehrere Wochen dauerten die sogenannten Fördertests an der Alten Schleuse. Mithilfe dieser Tests können wir erstmals verlässlich die Temperatur des Thermalwassers und die Förderrate bestimmen – und damit letztendlich auch die Wärmeleistung der geothermischen Quelle. Die Ergebnisse sind wie erwartet positiv!
Momentan sind wir dabei, mit den Ergebnissen das Wärmekonzept für Wilhelmsburg fertigzustellen, das wir voraussichtlich in Kürze der Öffentlichkeit präsentieren wollen.
Zwei Mitarbeiter des Projekts bei der Durchführung. Die Tests selbst erfordern nicht viel Personal – nur Geduld und Sorgfalt.Die Ergebnisse der Tests sind für das weitere Gelingen des Projekts von entscheidender Bedeutung. Allerdings braucht es für den Aufbau der Tests oberirdisch nicht viel Equipment. Das wesentliche Equipment ist unter der Erde. Die Thermalwasserförderpumpe befindet sich 400 Meter tief in der Bohrung.Ein sogenanntes Messwehr von oben: Hier strömt das warme Thermalwasser durch. Über eine Wasserstandsmessung kann die Förderrate bestimmt werden.
Untersuchungen des Themalwassers vor Ort …
… um Parameter wie zum Beispiel die elektrische Leitfähigkeit und den pH-Wert zu bestimmen.Das warme Thermalwasser aus dem Untergrund – die dunkle Färbung entsteht aufgrund des Eisengehalts.
Für die Durchführung der Fördertests auf dem Bohrplatz haben wir bereits die Filterrohre eingebaut. Die Bohranlage, die wir dafür benötigt haben, ist inzwischen wieder abgebaut und die weiteren Vorbereitungen laufen für die in Kürze startenden Fördertests.
Die Filterrohre warten auf dem Bohrplatz auf ihren Einsatz.
Blick in die Röhre: Die Filterrohre sind jeweils ca. 9 Meter lang
Insgesamt wurden Filterrohre auf einer Länge von ca. 80 Metern eingebaut
Ein Kran hebt die einzelnen Rohre hoch …
… bevor sie auf der Bohranlage …
… miteinander verschraubt werden.
Blick von oben auf den Bohrplatz mit Kran und Bohrturm. Nach dem Einbau der Filterrohre wurde die Anlage wieder abgebaut.
Noch liegt der Bohrplatz im Winterschlaf, doch der Eindruck täuscht: Unsere Expertinnen und Experten arbeiten unermüdlich daran, dass es in Kürze weitergeht. Als nächstes stehen der Einbau der Filterrohre und der Fördertest an. Danach können wir erstmals verlässlich sagen, mit welcher geothermischen Wärmeleistung wir in Wilhelmsburg rechnen können. Aber wie genau funktioniert dieser Fördertest?
Einbau der Filterrohre
Im März wird zunächst ein sogenanntes Workover Rig auf dem Bohrplatz aufgestellt. Man kann sich das wie eine kleinere, mobile Bohranlage vorstellen. Damit werden wir die spätere Förderbohrung erneut befahren und von losem Gesteinsmaterial befreien, das sich eventuell am Boden der Bohrung angesammelt haben könnte. Denn Rohre wurden nur bis zum obersten Bereich unseres geothermischen Reservoirs eingebaut. In das Reservoir – also den Bereich, wo die Sandsteinschicht am durchlässigsten ist – werden anschließend die Filterrohre eingebaut.
Hierbei handelt es sich um Rohre aus besonders korrosionsresistentem Stahl, die sehr dünne, horizontale Schlitze aufweisen. Diese Schlitze ermöglichen dem Thermalwasser in das Rohr einzuströmen, während Sandsteinpartikel zurückgehalten werden. Um die Filterrohre baut sich ein natürlicher Filterkuchen aus Sand auf.
Die Filterrohre wurden speziell für unser geothermisches Reservoir gefertigt. Da es sich hier also nicht um standardisiertes Equipment handelt, haben diese Komponenten mitunter lange Lieferzeiten. Nach dem Einbau der Filterrohre wird das Workover Rig wieder abgebaut.
In das verrohrte Bohrloch wird dann mithilfe von Kränen eine Thermalwasserförderpumpe eingebracht. Diese Pumpe – konkret eine Tauchkreiselpumpe – muss immer im Wasser hängen und wird deswegen auf einer Tiefe von circa 500 Metern befestigt. Der Wasserspiegel in der Bohrung liegt im Ruhezustand, wenn kein Thermalwasser gefördert wird, bei circa 60 Metern unter der Geländeoberfläche.
Nach dem Einbau der Filterrohre und der Thermalwasserförderpumpe erfolgt der eigentliche Fördertest: Aus der Produktionsbohrung wird das Thermalwasser stufenweise mit verschiedenen Förderraten nach oben gefördert, um sukzessive die Förderrate für den späteren Betrieb zu ermitteln. Diese Testarbeiten werden rund eine Woche dauern. Danach können wir sowohl die optimale Förderrate definieren als auch die genaue Temperatur des Thermalwassers. Anschließend simulieren wir den Betrieb einer künftigen Geothermie-Anlage mit dem sogenannten Zirkulationstest: Wir fördern Thermalwasser aus der Förderbohrung und leiten es über die Injektionsbohrung wieder zurück in den Untergrund, aus dem es kommt. Dafür wird das Thermalwasser obertägig erneut durch ein zusätzliches Filtersystem geleitet, in dem auch feinste Partikel aus dem Thermalwasser gefiltert werden. Damit stellen wir sicher, dass sich die Injektionsbohrung nicht durch Einlagerung von Feinmaterial nach und nach zusetzt.
Funktioniert alles wie geplant, ist nach dem Abschluss der Tests ein wichtiger Meilenstein erreicht und wir können die klimafreundliche Wärmeversorgung in Wilhelmsburg ganz detailliert ausrichten. Mit der dann noch ausstehenden finalen Investitionsentscheidung gibt es auch den Startschuss für den Bau des Heizhauses.
Auf leisen Pfoten schleichen die Säbelzahntiger durch die weite Steppe. Die Raubkatzen jagen in Rudeln, um große grasende Pflanzenfresser zu erbeuten. Warmer Wind streicht über die Graslandschaft Norddeutschlands, das Klima ist warm und fast tropisch – der Planet befindet sich in einem natürlichen Klimawandel.
Rund 45 Millionen Jahre später, 1847, wird ein Homo sapiens, der englische Geologe Charles Lydell, diese erdgeschichtliche Epoche nach der griechischen Göttin der Morgenröte Eos (griech. ἔος bzw. ἠώς und griech. καινός = „neu, ungewöhnlich“) nennen: Eozän.
Noch zu Beginn des Eozäns, vor etwa 56 Millionen Jahren, waren große Teile von Mitteleuropa Festland. Bis nach Skandinavien herrschte eine üppige Vegetation mit tropischen Bernsteinwäldern. Aus diesen Wäldern stammt übrigens der Bernstein, den wir heute an der Küste der Ostsee finden – diese jedoch entstand erst viel später, nach der nächsten Eiszeit.
Im Eozän dagegen bildete sich zunächst das Nordseebecken heraus, und weite Teile des heutigen mitteleuropäischen Tieflandes waren von der jungen Nordsee bedeckt. Dänemark existierte noch nicht als Landmasse und der Nordseestrand reichte von Belgien über die Niederlande, das nördliche Niedersachsen bis nach Polen, dort, wo heute Gdansk liegt.
An diesem Sandstrand der jungen Nordsee befindet sich auch das heutige Hamburg. Woher aber wissen die Forschenden nach Millionen von Jahren so genau, dass hier ein Sandstrand war? Sand ist ein typisches Ablagungsmaterial, das entsteht, wenn Berge und Gestein abgetragen werden: Überall dort, wo Flüsse ins Meer münden, wird auch Sand abgelagert. In der Sandsteinschicht, die wir geothermisch nutzen wollen, gibt es noch einen weiteren Hinweis auf die frühere Nordseeküste an diesem Ort: Das Wasser, das bei unseren ersten Fördertests zutage kam, war grünlich. Die Färbung entsteht durch das Tonmineral Glaukonit, ein Tonmineral, das nur in Küstenbereichen vorkommt und damit ein klarer wissenschaftlicher Beweis für den Übergang von der Landmasse zum Meer ist.
Was vor Jahrmillionen entstand, lässt sich heute hoffentlich für unsere zukünftige Energieversorgung nutzen – ein Gruß aus einem fernen, längst vergangenen Erdzeitalter.
Mit der zweiten Bohrung haben wir mittlerweile erfolgreich die vertikale Endtiefe von rund 1.460 Metern erreicht – damit sind die Bohrarbeiten in Wilhelmsburg abgeschlossen. Die ersten Container werden bereits vom Bohrplatz abtransportiert und auch der Bohrturm wird in den nächsten Wochen vollständig abgebaut.
Für die zukünftigen Fördertests reicht der Aufbau einer kleineren Anlage über den Bohrlöchern.
Erneut Bohrkerne gezogen
Nachdem wir mit der zweiten Bohrung den oberen Bereich der aussichtsreichen Sandsteinschicht erreicht hatten, konnten wir erfolgreich Rohre einbauen. Anschließend haben wir – wie bereits bei der ersten Bohrung – mehrere Gesteinsproben, also Bohrkerne, gezogen.
Die Bohrkerne werden nun im Labor gereinigt und weitergehend untersucht. Hierbei sind insbesondere die Porosität und Durchlässigkeit wichtige Parameter. So können wir weitere Informationen über unser Zielreservoir sammeln, die wir benötigen, um das geothermische Potenzial am Standort in Wilhelmsburg zu bewerten. Dabei helfen auch die Daten, die wir aus den Bohrloch-Messungen gesammelt haben.
Auf dem Bild ist zu sehen, wie der Bohrkern über die Rampe von der Bohranlage nach unten transportiert wird. Danach wird der Kern aus den Rohren befreit, fachmännisch markiert und in Meterstücke zersägt und mit genauen Tiefenangaben versehen in Kernkisten verschlossen und ins Labor geliefert.
Hier sieht man einen Bohrkern aus unserem geothermischen Zielreservoir!
Die grünliche Färbung rührt von dem Tonmineral „Glaukonit“ her, das in den Sandsteinen vorkommt.
Mit der zweiten Bohrung geht es gut voran: Wir sind bereits weit in den Gesteinsschichten des Tertiärs vorangekommen. Momentan werden Rohre eingebaut und zementiert. Wenn dieser Schritt abgeschlossen ist, werden wir unser Zielreservoir erneut durchbohren und untersuchen.
Die zweite Bohrung ist die Produktions- oder Förderbohrung: Sollte die Sandsteinschicht geothermisch nutzbar sein, soll darüber später das warme Thermalwasser gefördert werden.
Während die erste Bohrung bereits bei 1.300 Meter Tiefe die Sandsteinschicht erreichte, liegt das Zielreservoir bei der zweiten Bohrung etwas tiefer.
Rohre auf dem Bohrplatz: bereit für den Einsatz
Beide Bohrungen wurden nach einigen hundert Metern in einem Winkel von 45 Grad abgelenkt und liegen daher im Reservoir räumlich mehr als 1.000 Meter auseinander. Durch diese Distanz wird verhindert, dass das Thermalwasser, das abgekühlt in den Untergrund zurückgeleitet wird, über die Förderbohrung direkt wieder nach oben gepumpt wird (ein sogenannter hydraulischer Kurzschluss).
Stattdessen kann sich das abgekühlte Wasser erneut erwärmen, während es über mehr als einen Kilometer Strecke wieder auf die Förderbohrung zuströmt.
Die Grafik zeigt den groben Verlauf der thermalwasserführenden Sandsteinschicht: Die Produktionsbohrung soll das warme Thermalwasser aus zirka 1.300 Meter Tiefe fördern. Über die Injektionsbohrung soll es in einem geschlossenen Kreislauf wieder in das Reservoir zurückgeleitetwerden.
Rechtzeitig zum Start des Pressetermins gestern Vormittag hatte sich der morgendliche Regen verzogen: Rund zwei Dutzend Pressevertreter:innen, darunter auch mehrere TV-Teams, waren zum Bohrplatz nach Wilhelmsburg gekommen, um sich über die Neuigkeiten beim Geothermie-Projekt zu informieren. Auch Michael Pollmann, Staatsrat für Umwelt, Klima, Energie und Agrarwirtschaft, war wieder als Vertreter der Stadt Hamburg vor Ort, wie bereits beim Bohrbeginn im Januar.
Staatsrat Pollmann bei seinem Grußwort:
„Die Geothermie ist neben Wind und Sonne ein weiterer Baustein für eine erfolgreiche Energiewende. In Wilhelmsburg sind wir bei der ersten Geothermiebohrung in mittlerer Tiefe auf ein ausgesprochen vielversprechendes Thermalwasservorkommen gestoßen, welches Anlass zu der berechtigten Hoffnung gibt, dass wir hier und vielleicht auch an anderen Stellen die Geothermie für die Wärmewende einsetzen können.“
Großes Interesse der lokalen Medien bei dem Termin auf dem Bohrplatz
Auch Kirsten Fust von den Hamburger Energiewerken und Ingo Hannemann, Sprecher der Geschäftsführung bei HAMBURG WASSER richteten sich mit kurzen Grußworten an die Medienvertreter:innen
„Wir [sind] unserem Ziel einen großen Schritt nähergekommen, grundlastfähige und lokale Ökowärme für Hamburger Haushalte zu gewinnen. Jetzt gilt es, auch die zweite Bohrung sicher in die Tiefe zu führen und die Ergebnisse der Fördertests abzuwarten.“
Kirsten fust, geschäftsführerin der hamburger energiewerke
Anschließend wurden die Fragen der Presse beantwortet. Hier links im Bild Kerstin Müller, Geologin und Projektleiterin Geothermie.
Danach überreichten wir Staatsrat Pollmann ein Präsent …
… eine Geothermie-Grafik mit Gesteinsschichten und echten Gesteinsproben aus Wilhelmsburg.
Es ist soweit: In einer Tiefe von 1.300 Meter konnte unser Projektteam Thermalwasser in einer zirka 130 Meter mächtigen Gesteinsschicht nachweisen. Die wasserführende Sandsteinschicht ist rund 45 Millionen Jahre alt und war ursprünglich der Strandbereich der jungen Nordsee. Erste Fördertests haben die Durchlässigkeit des Sandsteins bestätigt, sodass jetzt die zweite Bohrung erfolgt.
Im Rahmen des wissenschaftlichen Begleitprogramms mesoTherm wurden mehrere Meter lange Gesteinsproben, sogenannte Bohrkerne, in unterschiedlichen Gesteinsschichten entnommen. Diese haben auch gezeigt, dass in Sandsteinschichten in über 3.000 Meter Tiefe keine ausreichenden Thermalwasservorkommen zur geothermischen Nutzung zu erwarten sind. Die Sandsteinschicht in 1.300 Meter Tiefe hat sich dagegen als besonders mächtig erwiesen. Sie wurde daher anhand von Bohrkernen und hydraulischen Tests erstmalig auf ihr geothermisches Potenzial untersucht.
In einer Tiefe von 1.300 Metern ist generell mit einer Thermalwasser-Temperatur in einer Bandbreite von 45-50 Grad Celsius zu rechnen.
Unser Projektteam arbeitet zurzeit an verschiedenen technischen Lösungen, die auch den Einsatz von Wärmepumpen berücksichtigen – mit abschließenden Ergebnissen ist im Herbst dieses Jahres zu rechnen.
Rückblick: Die wichtigsten Stationen der Erkundungsbohrung
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Wir hatten kürzlich hohen Besuch auf dem Bohrplatz: Ein Filmteam der „Sendung mit der Maus“ war zu Gast!
Für den TV-Kinderklassiker werden verschiedene Beiträge zu erneuerbaren Energien gedreht, und in einer dieser Sendungen wird es um Geothermie gehen. Dafür war das Filmteam europaweit unterwegs. Den Kindern wird darin erklärt, was Erdwärme ist und wie sie für die Energiegewinnung genutzt werden kann. Unsere Bohranlage in Wilhelmsburg dient als konkretes Beispiel, dass auch in Deutschland das Potenzial der Erdwärme zukünftig genutzt werden soll!
Die Sendung wird voraussichtlich im Juli ausgestrahlt. Derweil prüft unser Projektteam weiterhin das Geothermie-Potenzial der Erkundungsbohrung.
Das Filmteam auf dem Weg zum Bohrturm
Nah dran: Filmen auf dem Bohrturm
Großer Auftritt für den Bohrmeißel – hier im Bild ein PDC-Meißel neben einem Rollenmeißel
Nachtrag: Der Beitrag zur Geothermie bei der „Sendung mit der Maus“ ist online und kann hier angesehen werden! (Das TV-Team vom WDR war bereits im Mai bei uns auf dem Bohrplatz in Hamburg-Wilhelmsburg und hat gedreht – unser Fokus hat sich in der Zwischenzeit verlagert und wir untersuchen jetzt eine aussichtsreiche Sandsteinschicht in zirka 1.300 Meter Tiefe auf ihr geothermisches Potenzial.)
Bereits in einer Tiefe von 3.000 Metern hat unser Team aus Bohrspezialisten und Geologen eine Sandsteinschicht erreicht, die geothermisch nutzbar sein könnte. Um das Potenzial dieser Schicht besser einschätzen zu können, wurde heute ein Bohrkern zutage gefördert. So werden die zylindrischen Gesteinsblöcke genannt, die durch das sogenannte Kernbohren gewonnen werden und mehr über die Beschaffenheit der Gesteinsschicht verraten.
Früh am Morgen ist es endlich soweit: Der Bohrkern wird zutage gefördert. Hier wird er gerade seitlich vom Bohrturm heruntergelassen.
Der Bohrkern wird durch Druckluft aus dem Stahlzylinder gepresst.
Die geologischen Experten des begleitenden Forschungsprogramms mesoTherm werden nun die etwa 13 Meter lange Gesteinsprobe im Labor genau untersuchen – ihre Analyse wird zeigen, wie porös und durchlässig der Sandstein ist und ob sich diese Gesteinsschicht für die Tiefengeothermie eignet. Die Analyse und mögliche folgende Fördertests werden mehrere Wochen dauern.
Vor dem Transport ins Labor wird der Kern in kleinere Stücke geschnitten…
… beschriftet und anschließend in sogenannten Kernkisten verschlossen.
Auch mitteltiefe Geothermie wird überprüft
Außerdem haben unsere Experten eine weitere mächtige Schicht in einer Tiefe von ca. 1.300 Metern identifiziert, die Thermalwässer führen könnte. Nach ersten Schätzungen könnten die Temperaturen der Thermalwässer dort zwischen 50 und 60 Grad Celsius liegen; über Wärmepumpen könnten sie auf eine netztaugliche Vorlauftemperatur von 80 Grad Celsius gebracht werden. Diese Möglichkeit der mitteltiefen Geothermie will unser Projektteam überprüfen.
„Wir verfolgen jetzt zusammen mit der Analyse der tieferliegenden Gesteinsschicht zwei Ansätze, um aus unserer Erkundungsbohrung erneuerbare Erdwärme für die nachhaltige Wärmeversorgung in Wilhelmsburg nutzbar zu machen.“
michael prinz, geschäftsführer der hamburger energiewerke
