В рамках нового демонстрационного исследовательского проекта, осуществляемого Институтом GFZ Geoforschungsinstitut в Потсдаме (Центр им. Гельмгольца), изучается вопрос о том, пригодны ли для отопления зданий ракушечные известняки, расположенные примерно на 500 м ниже Берлина.
В 2017 году было закрыто огромное хранилище в порах слоя песчаника на глубине от 1015 до 1045 метров под берлинским лесом Грюневальд, которое использовалось для временного хранения природного газа, чтобы покрыть потребности города.
«Теперь на этой площадке осуществляется проект ATES iQ, целью которого является демонстрация того, что карбонатные породы на 500 метров ниже столицы Германии Берлина пригодны для отопления зданий», - говорится в пресс-релизе GFZ Geoforschungsinstitut Potsdam, Helmoltz Center.
Для исследователей рабочей группы под руководством Гвидо Блохера из Немецкого исследовательского центра геофизических исследований GFZ в Потсдаме, а также для его партнеров по проекту из Berliner Erdgasspeicher GmbH (BES) вывод этого объекта из эксплуатации, предоставляет уникальную возможность изучить устойчивый региональный источник энергии. Ученые планируют исследовать, можно ли использовать слои известняка (ракушечник) на высоте 500 метров над хранилищем газа, которое уже не используется, для снабжения геотермальной энергией зданий не только в мегаполисе, но и в быстроразвивающихся «энергоемких» прилегающих районах.
Исследователей в первую очередь интересуют два слоя в Muschelkalk, каждый из которых состоит из 15-метрового слоя пеноизвестняка с большим количеством пор. Эта порода напоминает очень твердую пену, которая образовывалась в доисторические времена, когда известняковая раковина медленно формировалась вокруг мелких песчинок или остатков ракушек на дне моря. Большое количество воды, которая обычно течет по трещинам в породе, захватывается порами. Поскольку температура Muschelkalk вместе с захваченной водой на глубине от 500 до 550 метров под берлинским лесом Грюневальд должна быть около 32 ° C, этот ресурс можно использовать в качестве источника геотермальной энергии. Кроме того, пенопластовый известняк подходит и для накопления избыточного тепла летом на холодный период.
Степень использования такого слоя породы в решающей степени зависит от того, сколько воды содержится в карбонатной породе пенопластового известняка и какой ее объем может протекать на глубине через естественно образованные трещины. «Чтобы выяснить это, можно пробурить слои известняка», - поясняет Гвидо Блохер. Однако это дорогое мероприятие. Намного дешевле использовать уже пробуренные скважины газохранилища. Следовательно, именно этим сейчас занимаются исследователи GFZ. Через эти скважины пробы воды поднимаются на поверхность.
Исследовательская группа под руководством гидрохимика Симоны Регенспург изучает вещества, находящиеся в этих пробах воды, чтобы выяснить, откуда поступает вода и как ее можно использовать. «Каково фактическое количество соли и других веществ, растворенных в воде?» - вопрос, поставленный исследователям GFZ.
Симона Регенспург изучает соли, поскольку они могут выпадать в осадок и, таким образом, препятствовать техническим процессам, связанным с использованием геотермальной энергии. Если количество и состав этих солей будут известны, инженеры смогут лучше предотвращать коррозию на более позднем этапе. Кроме того, в рамках нового исследования GFZ, посвященного жизни в глубинах, геомикробиолог Йенс Каллмейер анализирует, какие микроорганизмы содержатся в воде и как их деятельность влияет на подземные слои.
Для того чтобы оценить количество воды, вытекающей из трещин известняка, исследователи запланировали различные методы испытаний. «Подъемное испытание», как в шутку называют один из этих методов, включает закачку азота в скважину. Это заставляет воду «вырываться» из скважины, и затем можно измерить, сколько кубических метров воды может быть извлечено из скважины за час. Другой метод использует азот, чтобы протолкнуть воду в скважине еще примерно на сто метров вниз. Затем через клапан на поверхности азот под давлением очень быстро выпускается, и вода поднимается обратно в скважину. «По повторному подъему можно рассчитать количество воды, которое впоследствии можно закачать в течение одного часа», - объясняет Гвидо Блёхер. Таким образом, на основе этих данных BES может оценить, окупится ли использование геотермальной энергии на конкретном объекте.
Инженеры и техники во главе с исследователем GFZ Яном Хеннингесом проведут измерительный кабель на глубину 550 метров, в котором используются оптические волокна для одновременного измерения температуры по всей длине скважины. Когда, как и планировалось для этого эксперимента, 100 кубических метров воды из Muschelkalk, которая остыла на поверхности, снова будут закачиваться обратно в скважину для восстановления исходного состояния, необходимо будет тщательно контролировать температурную кривую. Если скважина долгое время будет холодной в одном месте, то очевидно, что вода проникла в окружающие слои. «Таким образом, можно будет увидеть, где вдоль ствола скважины расположены проницаемые слои породы», - объясняет Ян Хеннингес. Уже сейчас исследователи BES представляют дополнительную ключевую информацию о том, как старые скважины хранилища природного газа могут быть впоследствии использованы для геотермальной энергии. Цель исследователей GFZ - применить концепции, проверенные в Грюневальде, в окрестностях Берлина, где слой Muschelkalk также может способствовать развитию геотермальной энергетики.