TEC-DBHE – Technisch-ökonomische Studie tiefer Erdwärmebohrungen

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/502439

Kurzbeschreibung (Deutsch)

In der Schweiz wird die tiefe Geothermie (tiefer als 1000-1500 m unter der Oberfläche) direkt genutzt. Es gibt eine beträchtliche Anzahl von Konzepten, die auf einer technisch konzeptionellen Ebene entwickelt worden sind, um geothermische Ressourcen ab dieser Tiefen zu nutzen, selbst wenn die Schüttung von Bohrlöchern, die in diese Tiefen vordringen, ungenügend sind für konventionelle Fördermethoden. Das Projekt hat zum Ziel, ein einfaches, Excel-basiertes techno-ökonomisches Modell zu entwickeln, das grundlegende, techno-ökonomische Abschätzungen für eine erste Beurteilung der Machbarkeit solcher Konzepte ermöglicht.

Schlussbericht (Deutsch)

In der Schweiz wird die geothermische Energie in grossen Tiefen (über 1000-1500 m unter der Erdoberfläche) direkt genutzt. Es gibt eine Reihe von Konzepten, die auf technischer Ebene entwickelt wurden, um geothermische Energie nutzbar zu machen, für den Fall, dass die natürliche Produktivität für eine wirtschaftlich tragfähige geothermische Versorgung nicht ausreicht. Bei den meisten Konzepten handelt es sich um geothermische Systeme mit geschlossenem Kreislauf, da sie als besonders einfach und sicher gelten. Wir haben die bekannte analytische Lösung von Ramey (1962) verwendet, um die quasi stationäre Temperaturverteilung eines Wärmetauscherfluids zu berechnen, das innerhalb einer Bohrung durch einen geothermischen geschlossenen Kreislauf zirkuliert. Wir haben das Ergebnis mit einem Modul gekoppelt, das Energieumwandlungs- und Kostendaten spezifiziert, um zu einem Cash-Flow-Modell zu gelangen. Mittels dieses Cash-Flow-Modells lassen sich die technischen Einheitskosten für geothermische Wärme und Strom sowie die spezifischen Investitionskosten abschätzen. Wir stellen fest, dass geothermische Wärme und Elektrizität, die von geothermischen Systemen mit geschlossenem Kreislauf geliefert werden, um einen Faktor 10-100 teurer sind als das, was heute auf dem Markt angeboten wird. Einige Konzepte, insbesondere das Eavor- oder das GreenFire-Konzept, sind vielversprechend, haben aber noch einen weiten Weg vor sich, bis sie kommerziell nutzbar sind. Nur durch bahnbrechende Forschung und Innovation, insbesondere bei der Bohrung und Fertigstellung von geothermischen Bohrungen mit geschlossenem Kreislauf, haben solche Konzepte eine Chance, kommerziell lebensfähig zu werden.

Schlussbericht (Englisch)

In Switzerland deep (more than 1000-1500 m below ground) geothermal energy is harnessed directly. There are several concepts that have been developed at a conceptual technical level to harness geothermal energy when natural productivity of boreholes reaching these depths is insufficient for economically viable geothermal supply. Most are closed-loop geothermal systems owing to a perceived high degree of simplicity and safety. We have used the well-known analytical Ramey (1962) solution to calculate the quasi steady-state temperature distribution of a heat exchange fluid circulating through a geothermal closed loop. We have coupled the result with a module that specifies energy conversion and cost data, to arrive at a cash-flow model which in turns estimates a unit technical cost for geothermal heat and power as well as a specific capacity investment cost. We find that geothermal heat and electricity supplied by closed-loop geothermal systems are a factor 10-100 more expensive than what the market commands today. Some concepts, particularly the Eavor or GreenFire concepts, show early promise but still have a considerable distance to go until they reach commercial viability. It is only through game-changing research and innovation, particularly in drilling and completion of closed-loop geothermal wells that such concepts have a chance to reach commercial viability.

Zugehörige Dokumente

• Final report_english [PDF] 728 kB
• Valuation of deep geothermal energy projects utilizing subsurface closed-loops [XLSX] 1'841 kB

Schlussbericht (Französisch)

En Suisse, l'énergie géothermique profonde (plus de 1000 à 1500 m sous-sol) est exploitée directement. Un certain nombre de concepts ont été développés au niveau technique pour exploiter l'énergie géothermique lorsque la productivité naturelle des forages est insuffisante pour un approvisionnement géothermique économiquement viable. La plupart de ces systèmes sont des systèmes géothermiques en circuit fermé, en raison de perception leur haut degré de simplicité et de sécurité. Nous avons utilisé la solution analytique bien connue de Ramey (1962) pour calculer la distribution de température quasi stationnaire d'un fluide d'échange thermique circulant dans une boucle géothermique fermée. Nous avons couplé le résultat avec un module qui spécifie les données relatives à la conversion de l'énergie et aux coûts, afin d'obtenir un modèle cash-flow qui, à son tour, estime un coût technique unitaire pour la chaleur et l'électricité géothermiques ainsi qu'un coût d'investissement spécifique. Nous constatons que la chaleur et l'électricité géothermiques fournies par des systèmes géothermiques en circuit fermé sont 10 à 100 fois plus chères que ce que le marché demande aujourd'hui. Certains concepts, notamment ceux d'Eavor ou de GreenFire, sont prometteurs mais il reste encore beaucoup de chemin à parcourir avant d'atteindre la viabilité commerciale. Seules la recherche et l'innovation, en particulier dans le domaine du forage et de la réalisation de puits géothermiques en circuit fermé, permettront à ces concepts d'atteindre la viabilité commerciale.