Kurzbeschreibung
(Englisch)
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The recently approved Swiss National Energy strategy foresees 5-10% of electricity to be obtained from deep geothermal energy by 2050, as well as a substantial contribution to heating demands. Reaching this ambitious goal, and thus enabling the widespread use of deep geothermal resources in densely populated Switzerland, requires optimizing geothermal reservoir creation and operation, while at the same keeping induced seismicity within an accepted level of safety (Giardini, 2009; Hirschberg et al., 2015; see SCCER-SoE deep geothermal national roadmap at www.sccer-soe.ch/roadmap/r_map/). This P&D project, coordinated with partners from Iceland and Ireland in the context of the EU CoFund framework GEOTHERMICA, strives to demonstrate for the first time in a commercial scale application (TRL 6+) how a real-time data driven, adaptive decision support tool, developed jointly by GeoEnergie Suisse and ETH Zurich, can robustly accomplish this challenging task. We propose the Hellisheiði Power Station in Iceland, the third-largest geothermal power station in the world, as the demonstration site, because of the low population density, wide acceptance of geothermal energy and immanent multi-well development projects (CRI 3-4), thus allowing us to demonstrate the technology with limited safety concerns and in time for enabling upcoming projects in Switzerland.
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Die nationale Energiestrategie der Schweiz sieht vor, dass bis 2050 5-10% des Stroms aus der Tiefengeothermie gewonnen werden und ein wesentlicher Beitrag zum Wärmebedarf geleistet wird. Um dieses ehrgeizige Ziel zu erreichen und damit eine breite Nutzung der tiefen Geothermie in der dicht besiedelten Schweiz zu ermöglichen, müssen die Anlage und der Betrieb von geothermischen Reservoiren optimiert und gleichzeitig die induzierte Seismizität auf einem akzeptierten Sicherheitsniveau gehalten werden. Im Rahmen des Pilot- und Demonstrationsprojekts COSEISMIQ-CH wurden innovative Ansätze zum Management der induzierten Seismizität und zur Optimierung der Produktion in nahezu Echtzeit entwickelt und validiert. Das Projekt COSEIMQ-CH ermöglichte es Forschern des Schweizerischen Erdbebendienstes (SED) und der GeoEnergie Suisse AG, zusammen mit Partnern aus Island und Irland am EG GEOTHERMICA CoFund Projekt COSEIMIQ teilzunehmen. Wir haben das Hengill-Gebiet und das Kraftwerk Hellisheiði in Island, das drittgrößte geothermische Kraftwerk der Welt, als Demonstrationsstandort ausgewählt. Aufgrund der geringen Bevölkerungsdichte, der breiten Akzeptanz der Geothermie, der hohen Rate induzierter Seismizität und der laufenden Erschließungsprojekte mit mehreren Bohrlöchern konnten wir in einer kommerziellen Anwendung sicher testen, wie ein datengesteuertes, adaptives Echtzeit-Entscheidungshilfsmittel den geothermischen Betrieb unterstützen kann. Wir installierten ein seismisches Netzwerk von 23 Stationen in der Region Hengil und betrieben es etwa drei Jahre lang in Echtzeit, was zu einem einzigartigen Datensatz für die Entwicklung von Methoden und das Prozessverständnis führte. Wir optimierten und demonstrierten Arbeitsabläufe für die Analyse der Seismizität in Echtzeit, einschließlich der Bestimmung des Hypozentrums und des Momententensors, und diese Arbeitsabläufe sind nun bereit für den Einsatz in Projekten in der Schweiz. Wir demonstrierten, wie seismische Bildgebungsverfahren, die Erdbeben oder Umgebungsgeräusche als Quellen nutzen, sich gegenseitig ergänzen können, um ein hochauflösendes Bild der Strukturtemperatur im Hengill-Gebiet zu erhalten. Wir haben geomechanische Analyse- und Modellierungsabläufe kalibriert, die das Prozessverständnis verbessern, aber auch in einem prädiktiven Sinne genutzt werden können, um die Entwicklung des Reservoirs und der induzierten Seismizität vorherzusagen. Schließlich haben wir gezeigt, dass adaptive, datengesteuerte Ansätze zur Risikobewertung und Entscheidungsunterstützung sehr leistungsfähig sind. Sie verbessern das Situationsbewusstsein, informieren über Strategien zur Risikominderung und können die Erfolgschancen der Erschließung tiefer geothermischer Lagerstätten nicht nur in Island, sondern auch bei anstehenden Projekten in der Schweiz erhöhen. Ein Schwerpunkt von COSEIMIQ-CH war die Kommunikation der Ergebnisse, die Bereitstellung eines offenen Zugangs zu Daten, Methoden und Codes sowie der Wissenstransfer zwischen den verschiedenen Interessengruppen.
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Schlussbericht
(Englisch)
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The Swiss National Energy strategy foresees 5-10% of electricity to be obtained from deep geothermal energy by 2050, as well as a substantial contribution to heating demands. Reaching this ambitious goal, and thus enabling the widespread use of deep geothermal resources in densely populated Switzerland, requires optimizing geothermal reservoir creation and operation, while at the same time keeping induced seismicity within an accepted level of safety. The Pilot and Demonstration project COSEISMIQ-CH developed and validated innovative approaches to manage induced seismicity and production optimization in near-real time. The project COSEIMQ-CH enabled researchers from the Swiss Seismological Service at SED and from GeoEnergie Suisse AG to participate with partners from Iceland and Ireland in the EC GEOTHERMICA CoFund project COSEIMIQ. We selected the Hengill area and Hellisheiði Power Station in Iceland, the third largest geothermal power station in the world, as the demonstration site. Because of the low population density, wide acceptance of geothermal energy, high rate of induced seismicity and ongoing multi-well development projects, we could test safely in a commercial scale application how a real-time data-driven, adaptive decision support tools can inform geothermal operations. We installed a seismic network of 23 stations in the Hengil region and operated it in real-time for about 3 years, resulting in a unique data set for method developments and process understanding. We optimized and demonstrated workflows for real-time seismicity analysis, including hypocenter and moment tensor determination and these workflows are now ready to be deployed in projects in Switzerland. We demonstrated how seismic imaging techniques using earthquakes or ambient noise as sources can complement each other to give a high-resolution picture of structure temperature in the Hengill area. We calibrated geo-mechanical analysis and modelling workflows that enhance process understanding but can also be used in a predative sense to forecast the evolution of the reservoir and of the induced seismicity. Finally, we demonstrated that adaptive, data-driven approaches for risk assessment and decision support are powerful. They enhance situation awareness, inform risk mitigation strategies and can increase the chances of success of deep geothermal reservoir development not only in Iceland, but also in upcoming projects in Switzerland. A string focus of COSEIMIQ-CH was on communication of the results, on providing open access to data, methods and codes, and also on knowledge transfer between different stakeholders.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Französisch)
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La stratégie énergétique nationale suisse prévoit que 5 à 10% de l'électricité sera obtenue à partir de la géothermie profonde d'ici 2050, ainsi qu'une contribution substantielle à la demande de chauffage. Pour atteindre cet objectif ambitieux, et permettre ainsi une utilisation généralisée des ressources géothermiques profondes dans une Suisse densément peuplée, il faut optimiser la création et l'exploitation des réservoirs géothermiques, tout en maintenant la sismicité induite à un niveau de sécurité acceptable. Le projet pilote et de démonstration COSEISMIQ-CH a développé et validé des approches innovantes pour gérer la sismicité induite et l'optimisation de la production en temps quasi-réel. Le projet COSEIMQ-CH a permis aux chercheurs du Service sismologique suisse (SED) et de GeoEnergie Suisse AG de participer, avec des partenaires islandais et irlandais, au projet CoFund COSEIMIQ de la CE GEOTHERMICA. Nous avons choisi la région de Hengill et la centrale électrique de Hellisheiði en Islande, la troisième plus grande centrale géothermique du monde, comme site de démonstration. En raison de la faible densité de population, de la large acceptation de l'énergie géothermique, du taux élevé de sismicité induite et des projets de développement multi-puits en cours, nous avons pu tester en toute sécurité, dans une application à l'échelle commerciale, comment un outil d'aide à la décision adaptatif et basé sur des données en temps réel peut informer les opérations géothermiques. Nous avons installé un réseau sismique de 23 stations dans la région de Hengil et l'avons exploité en temps réel pendant environ 3 ans, ce qui a permis d'obtenir un ensemble de données unique pour le développement de méthodes et la compréhension des processus. Nous avons optimisé et démontré des flux de travail pour l'analyse de la sismicité en temps réel, y compris la détermination de l'hypocentre et du tenseur de moment, et ces flux de travail sont maintenant prêts à être déployés dans des projets en Suisse. Nous avons démontré comment les techniques d'imagerie sismique utilisant les tremblements de terre ou le bruit ambiant comme sources peuvent se compléter pour donner une image à haute résolution de la température des structures dans la région de Hengill. Nous avons calibré des flux de travail d'analyse et de modélisation géo-mécaniques qui améliorent la compréhension des processus mais peuvent également être utilisés de manière prédictive pour prévoir l'évolution du réservoir et de la sismicité induite. Enfin, nous avons démontré que les approches adaptatives et axées sur les données pour l'évaluation des risques et l'aide à la décision sont puissantes. Elles améliorent la connaissance de la situation, informent les stratégies d'atténuation des risques et peuvent augmenter les chances de succès du développement de réservoirs géothermiques profonds, non seulement en Islande, mais aussi dans les projets à venir en Suisse. COSEIMIQ-CH a mis l'accent sur la communication des résultats, sur le libre accès aux données, aux méthodes et aux codes, ainsi que sur le transfert de connaissances entre les différentes parties prenantes.
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