Erdwärme umweltgerecht und wirtschaftlich nutzen

Erdwärme wird zukünftig in einem nachhaltigen, von erneuerbaren Energien geprägten Energiesystem eine große Bedeutung haben. Sie hat das Potenzial, einen nennenswerten Beitrag zur Sicherung der Wärmeversorgung ganzer Städte zu leisten. Zum Gelingen der Wärmewende wird insbesondere eine sichere und wirtschaftliche Tiefbohrtechnik zur Nutzung der Geothermie beitragen. Der Drilling Simulator Celle der Technischen Universität Clausthal hilft dabei, die technisch-ökonomischen Risiken geplanter Tiefbohrprojekte deutlich zu reduzieren.

Abb. 1: Im Drilling Simulator Celle werden die Risiken bei Tiefbohrprojekten erforscht, um Erdwärme wirtschaftlich und sicher nutzbar machen zu können (© TU Clausthal)

Risiken ermitteln, Technik entwickeln, Potenzial erschließen

Geothermie steht sowohl für die geowissenschaftliche Untersuchung der vorhandenen Erdwärme als auch für deren technische Nutzung. Hierzu sind innovative, kostengünstige und spezifisch an die tiefengeothermale Wärmegewinnung angepasste Technologien erforderlich, um die vorhandenen Potenziale in Tiefen ab 1.500 Metern umweltgerecht und wirtschaftlich ausschöpfen zu können. Am Drilling Simulator Celle (DSC) der Technischen Universität Clausthal arbeiten interdisziplinäre Arbeitsgruppen an den heutigen und zukünftigen Herausforderungen der hierfür erforderlichen Tiefbohrtechnik. Im Fokus steht die Entwicklung und Anwendung von Methoden und Technologien, die eine maximale Sicherheit von komplexen Tiefbohrprojekten gewährleisten.

Abb. 2: In der Gesteinskammer können realistische Bohrbedingungen hinsichtlich Druck und Temperatur für experimentelle Untersuchungen nachgebildet werden. (© TU Clausthal)

Praxisnaher Teststand und Software-Simulator

Der Drilling Simulator Celle ist eines der interdisziplinär aufgestellten Forschungszentren der TU Clausthal, in dem seit 2014 Fachleute aus Wissenschaft und Technik gemeinsam an Forschungs- und Entwicklungsprojekten arbeiten. Das Zentrum verfügt über einen hochentwickelten Teststand, um komplexe Tiefbohrprozesse unter realistischen Betriebsbedingungen zu untersuchen. In einem Software-Simulator werden Modelle zur Berechnung und Optimierung dieser Prozesse kontinuierlich weiterentwickelt. Die Forschungsteams identifizieren mögliche Probleme bei der energetischen Erschließung des geologischen Untergrunds, wie etwa Fündigkeitsrisiken, mangelnde Bohrlochstabilität oder erhöhter Verschleiß an der Bohrgarnitur, indem sie die Ergebnisse aus Modellierung und Simulation mit experimentellen Daten und Felddaten kombinieren.

Abb. 3: Der Hardware-Teststand bildet die letzten 20 Meter einer Bohrung im Realmaßstab ab. Er ermöglicht die Einwirkung von Anpressdruck und Schwingungen auf den Bohrmeißel. (© TU Clausthal)

Nationale und internationale Zusammenarbeit

Mit verlässlichen Aussagen zu erfolgversprechenden Bohrstellen sowie der optimalen Planung der Parameter einer Tiefbohrung liefern sie damit substanzielle Beiträge, diese Risiken beim Bohrprozess besser zu beherrschen und damit letztlich auch Kosten einzusparen. Dies spiegelt sich in der Struktur der Projekte am Drilling Simulator Celle wider, die mit der Industrie und anderen Forschungseinrichtungen im In- und Ausland durchgeführt werden. Hierfür stellt das Zentrum eine hochwertige Infrastruktur sowohl für grundlagenorientierte als auch stark anwendungs- und transferorientierte Aspekte zur Verfügung.