Publications / Results
(German)
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Zusammenfassung der bisherigen ResultateIn dem Anfang 2003 begonnen Projekt sollte das geothermische Potential der Schweiz erarbeitet und bewertet werden. Im Gegensatz zu vorherigen Arbeiten wird hier der gesamte 3D geologische und topographische Kontext betrachtet, sowie deren thermischen Auswirkungen quantifiziert. Beide Ziele werden durch die Kombination der geologischen Modellierungssoftware GOCAD mit dem numerischen Finite Element Packet FRACTure erreicht. Durch das neu geschaffene Interface können sechsseitigeSGrid wie auch TSOLID Tetraeder-Strukturen von GOCAD in ein numerisches Schema umgewandelt werden. Tetraeder-Modelle erlauben die Diskretizierung von komplexen geologischen Diskontinuitäten.Erste Ergebnisse wurden von einem gut dokumentierten Gebiet der Nordschweiz erhalten. So wurde ein Struktur-Modell der Nordschweiz aus einer Vielzahl von Bohrlochdaten und interpretierten seismischen Profilen entwickelt, das ein Gebiet von über 2000 km2 umfasst. Das geologische Model berücksichtigt bekannte Diskontinuitäten wie Störungszonen oder Trog-Strukturen wie auch die Sedimentdecken und das kristalline Basement. Das numerische Model erlaubt die Simulation desdiffusiv-advektiven thermischen Feldes und quantifiziert so die Bedeutung von dichte-angetriebener konvektiver Strömung im Untergrund. Die erarbeiteten Tetraeder-Modelle wurden in mehreren Patch-Tests erfolgreich getestet. Unterschiedliche Modelle mit verschiedenen Grössen und Verfeinerungsgrad wurden entwickelt.Mit Hilfe von FRACTure liessen sich erste diffusive-advective Simulationen aus regionalen und lokalen Modellen der Nordschweiz berechnen. Die Anwendung von GOCAD und FRACTure ist mittlerweile ein mächtiges Instrument, mit dem geothermische Ressourcen in einem Gebiet identifiziert werden können.AbstractWith increasing interest in geothermal energy, also geothermal data analysis is becoming an important issue. The portion of geothermal among all renewable energy sources in Switzerland and its undiminished growth highlight the need for regional resource evaluations. Rather 1-D models have interpreted the temperature data, systematically collected since many years, however, only now the computing power allows for joint interpretations, including for large-scale 3-D effects from geological, topographical and hydrogeological features. By our study an integrated assessment and evaluation of the geothermal potential is intended, accounting for individual utilization scenarios and their specific requirements. The state-of-the-art compilation is based on comprehensive 3D geological and thermal regional models of 20-40 km extent. Thereby, zones of significant convective flow or preferential sites for borehole heat exchanger systems (BHE) should be identified. In contrast to results obtained from earlier geothermal resource assessments, now, existing geological, hydrogeological information and petrophysical data are comprised within a full 3D numerical evaluation. First results are now obtained from a well-documented subsurface area in Northern Switzerland and from a Alpine topographies in central Switzerland. Among various studies that have been performed on these sites, we could demonstrate that geological mapping procedure provides accurate results when compared tosmall-scale high-resolution 3D seismic profiles. The necessity for these considerations is demonstrated by temperature data analyses.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Geowatt AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Kohl,Thomas
Berthoud,Nathalie Andenmatten
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Publications / Results
(French)
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1.1 CADREAvec l'augmentation de l?intérêt pour les énergies renouvelables, notamment l?énergie géothermique, l'évaluation des ressources géothermiques disponibles devient une question importante. Généralement, les centrales géothermiques sont limitées aux zones d?activités tectoniques et volcaniques, dans des secteurs caractérisés par des basses températures, comme la plus grande partie de l'Europe. Jusqu?à présent, la géothermie était réservée à une utilisation thermique, le développement récent de nouvelles techniques de conversion d'énergie, permettant la production d'électricité à partir de températures plus basses, laisse envisager de nouvelles applications. Avec la perspective de réduire le risque financier, l?évaluation des ressources géothermiques apporte de nouveaux intérêts. Le risque peut être défini comme le produit de _la vulnérabilité_ et de la _ probabilité _, la diminution de l?un de ces facteurs pourrait rendre la géothermie plus intéressante pour des investisseurs privés. La méthode d?évaluation présentée ici, s?inscrit dans cette optique de _réduction du risque_ par l?exploration de zone-réservoir cible. L?énergie géothermique disponible doit être définie sous des zones, où la densité de population est la plus élevée afin de permettre une utilisation rentable de la géothermie (utilisation en cascade).1.2 BUT DE L?ETUDECe rapport présente les premiers résultats obtenus dans la région du Nord de la Suisse dans le cadre d?un projet co-financé par l?OFEN (Office Fédéral de l?Energie) et la Commission Suisse de Géophysique, visant l?évaluation du potentiel géothermique de la Suisse et la détermination de zones favorables à une exploitation géothermique du sous-sol. Un précédent projet de la Commission Suisse de Géophysique (Schärli and Kohl, 2002) a établi un inventaire très complet des données géothermiques de la Suisse et d?une partie des régions avoisinantes. Ce rapport, ainsi que d?autres études existantes (Medici and Rybach, 1995), (Rybach, 1992), fournissent des informations qualitatives, ponctuelles ou 2D (Rybach et al., 1987), voire 3D (Kimmeier et al., 1985); mais à l?heure actuelle il n?existe pas d?étude intégrant à la fois des données géologiques, hydrogéologiques, pétrophysiques et de température dans un environnement 3D. Or, les caractéristiques géothermiques d?un site dépendent de l?interaction complexe de ces paramètres. Ce projet, à travers un inventaire, une analyse détaillée des données à disposition et leur intégration dans des modèlesmathématiques 3D, permet de quantifier les ressources potentielles de la Suisse. Au cours d?une première étape, les différents outils et la procédure (logiciel de modélisation géologique 3D GOCAD et de simulation numérique FRACTure) ont été testé dans un périmètre très bien documenté, autour du forage de Benken, dans le canton de Zürich (Andenmatten and Kohl, 2003a). Au vu de la bonne qualité des résultats obtenus, la démarche a été appliquée au Nord de la Suisse. Dans les années à venir l?ensemble des ressources géothermiques du sous-sol helvétique devrait être évalué.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Geowatt AG
Eidg. Technische Hochschule
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Kohl,Thomas
Berthoud,Nathalie Andenmatten
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Final report
(German)
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Im Rahmen dieser Ressourcenanalyse, die mit finanzieller Unterstützung des Bundesamtes für Energie und der Schweizerischen Geophysikalischen Kommission durchgeführt wird, wird die geothermische Ergiebigkeit des Untergrundes im Schweizer Mittelland individuell bewertet. Dazu werden 3D geologische, geothermische und hydrogeologische Datenanalysen durchgeführt und daraus die mögliche geothermische Produktion bestimmt. Wegen der umfangreichen Untersuchungen erstreckt sich die Arbeit über einen mehrjährigen Zeitraum. Im Rahmen dieses Berichts wurden anhand von Bohrlochdaten und seismischen Profilen regionale, geologische Modelle für die Nordostschweiz und die Region Basel erstellt und die thermischen Verhältnisse im Untergrund mit numerischen Methoden simuliert. Dabei wurden folgende, geothermisch interessante Aquifere betrachtet: Obere Meeresmolasse, Oberer Malm, Oberer Muschelkalk und verwitterte Kristallinzone. Weiter wurde eine erste hydrogeologische Datensammlung angelegt und analysiert. Basierend auf Temperaturverteilungen und hydrogeologischen Begebenheiten werden die verfügbaren geothermischen Ressourcen in verschiedene Ressourcenklassen eingeteilt. Die Untersuchungen zeigen, dass in der Ressourcenklasse 2 (Tiefenbereich bis T= 100 °C) pro km3 im Mittel 100 PJ und in der Ressourcenklasse 3 (Tiefenbereich ab T= 100 °C bis 5 km Tiefe) 300 PJ Wärmeenergie (Heat In Place) vorrätig sind. Die effektiv förderbare Energie hängt aber von den hydraulischen Gegebenheiten im Gestein ab. Unsere Prognosen für die Nordostschweiz zeigen hier eine hohe Variabilität. Zum Beispiel könnte unter der Annahme einer Dublettennutzung im Mittel aus dem Kristallin über 30 Jahre total etwa 12 PJ pro km3 gefördert werden. Die bisherigen Berechungen basieren auf Literaturangaben, wobei die Bewertung der Variation von Parametern erst zukünftig erfolgt.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Geowatt AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Signorelli,Sarah
Andenmatten Berthoud,Nathalie
Kohl,Thomas
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Final report
(English)
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The geothermal productivity of the subsurface below the Swiss Plateau is assessed, separately for the individual geothermal compartments. The study is jointly financed by the Swiss Federal Office of Energy and by the Swiss Geophysical Commission. For the study geological, geothermal, and hydrogeological data analyses are carried out in 3D, which provides the base for estimating possible geothermal production. The work extends over several years, due to the extensive investigations needed. Within this report, regional geological models have been established for northeastern Switzerland and the Basel region, on the basis of borehole data and seismic profiles. The subsurface thermal conditions are simulated by numerical modelling. Herein, the following promising water-bearing formations are treated: Upper Marine Molasse (Tertiary), Upper Malm and Upper Muschelkalk (Mesozoic), and the weathered crystalline basement top. In addition, a first hydrogeologic data base has been established and analysed. The exploitable geothermal resources are defined and classified by temperature distributions and hydrogeologic conditions. The results show that, per 1 km3 volume, in resource class 2 (depth down to T= 100 °C) about 100 PJ heat in place is available, and for resource class 3 (depth range between T= 100 °C and 5 km) there is about 300 PJ. The effectively recoverable energy depends upon the local hydrogeologic conditions. The estimated production figures show large variability. For production by the doublet scheme, the crystalline basement top could provide about 12 PJ per km3 over 30 years. The investigations are based on literature data; the appraisal of parameter variability will be performed in the next project phase.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Geowatt AG
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Signorelli,Sarah
Andenmatten Berthoud,Nathalie
Kohl,Thomas
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