Tiefengeothermie als Energieträger der Zukunft? - TA

Ausschreibungs-Unterlagen zur Studie
« Energie aus dem Innern der Erde:
Tiefengeothermie als Energieträger der Zukunft?»
1. Beschreibung des Themas (auf Englisch) Seiten 2-8
2. Wichtige Aspekte aus der Sicht von TA (auf Englisch) Seiten 9-11
3. Angaben zu Inhalt und Durchführung der Studie Seiten 12-13
4. Richtlinien für die Eingabe von Projektofferten Seite 14
Termin für die Eingabe von Projektofferten: 06. November 2012
1. «Energie aus dem Innern der Erde: Tiefengeothermie als Energieträger der
Zukunft?» - Overview
The increasing energy demand, the need for energy independence from politically unstable countries and
the pressure to deliver a substantial reduction target in CO2 emissions to minimize climate change are
pushing western societies towards a new energy portfolio. Experts in the field and politicians are
increasingly asking for an energy mix that should have less oil, coal and nuclear energy (especially after
the Fukushima disaster), while having more natural gas and renewables (solar and wind energy,
bioenergy, hydropower, geothermal energy).
Deep geothermal projects which exploit thermal energy from the Earth for power generation and heating,
are being explored in many countries and in Switzerland, too. Also for this energy source, like for many
others, there are challenges and uncertainties over their technical feasibility and possible adverse
impacts.
“Industry, developers, stakeholders, the public and politicians and the media are becoming increasingly
aware, that the energy is not a polar (good versus bad) issue and that all forms of utilization of energy
sources are associated with risks and drawbacks”, says Gunter Siddiqi of the Swiss Federal Office of
Energy SFOE.
1.1. Deep geothermal energy: the good option?
Geothermal energy is thermal energy largely generated and stored below the Earth’s surface. There is a
continuous temperature gradient from the core of the Earth, which may reach over 5000 degrees Celsius,
to the surface. Technically, almost 99% of the Earth has a temperature above 1000 degrees, only the
Earth’s crust is below this value.
Exploitation of geothermal energy for heating purposes is already tested and working, and widely
advanced for power generation in locations with high grade geothermal resources (temperatures in
excess of 200 C at depths of less than 3 km). For example, El Salvador derives about 25% of its
electricity demand from indigenous geothermal resources.
Today, most of geothermal power plants profit from the natural occurrence of hot rock near the surface to
depths of 3 km, with formations or fractures that contain hot water or steam and which are highly
permeable. The more than 10 Gigawatts of geothermal power currently installed worldwide — from
California to Iceland to the Philippines — rely nearly exclusively on such high grade natural geothermal
systems. In 2010, the United States led the world in geothermal electricity production with 3,086 MW of
installed capacity from 77 power plants, mostly in California. The Philippines is the second, with 1,904
MW of capacity online. Indonesia, Mexico, Italy, New Zealand and Iceland follow.
The above mentioned geothermal systems are well known and proven, but new systems for the
exploitation of deep geothermal energy (as deep as 10 Km) are on the way. Deep geothermal power is
increasingly being eyed as an enormous, theoretically unlimited, potential source of renewable and
benign energy. According to MIT researchers, by tapping into geothermal energy, more than 200,000
exajoules of energy could be captured in the U.S. alone, or "2,000 times the (total) annual consumption of
1
[…] energy in the United States in 2005". Already, small demonstration plants are operating in France
and Germany, while Iceland and the United States have ambitious plans for such projects [see the
chapter 1.2. for details on the Swiss plans].
1
http://geothermal.inel.gov/publications/future_of_geothermal_energy.pdf
2
Geothermal vs. Geothermal
The definition of deep geothermal is not very precise, but for Germany and Switzerland it usually means
2
“resources deeper than 400 m to be tapped by up to kilometer-deep drillholes”. Deep geothermal energy
can be further categorized into hydro-geothermal energy, petrothermal geothermal energy (also called
Hot-Dry-Rock HDR or Enhanced Geothermal Systems EGS) and deep geothermal probes.
Existieren im Untergrund – wie zum Beispiel in St.Gallen, in der Schweiz – Aquifere oder wasserführende
Gesteinsschichten, kann die Wärme daraus direkt genutzt werden, diese Methode wird
als «Hydrothermales System» bezeichnet. Um das in den tiefen Aquiferen zirkulierende heisse Wasser
zu gewinnen, braucht es ebenfalls einen Wasserkreislauf. Über eine erste Bohrung wird das Wasser an
die Erdoberfläche ins Geothermie-Heizkraftwerk befördert, wo es über Wärmetauscher zur
Energieerzeugung verwendet wird. Das abgekühlte Wasser wird über eine zweite Bohrung wieder in die
Tiefe gepresst, sodass der Kreislauf geschlossen ist. Das von der Erde auf natürliche Weise erhitzte
Wasser bildet eine nahezu unerschöpfliche Energiequelle für die Wärmegewinnung und Stromproduktion.
Im Gegensatz zu fossilen Energieträgern wird bei der Erdwärme kein Rohstoff abgebaut – die Wärme
wird emissionsfrei und direkt vor Ort gewonnen. Als klimafreundliche Energiequelle hat Erdwärme
3
deshalb ausgezeichnete langfristige Perspektiven.
The main problem for hydrothermal resources is that they are found only when very specialized
geological conditions occur, hence being somewhat limited in geographic application to specific ideal
places (e.g. Iceland).
A synthetic description of petrothermal geothermal energy and deep geothermal probe is provided by the
German Energy Agency.
The use of deep heat reservoirs with few or no water resources is referred to as petrothermal geothermal
energy. Crystalline and dense sedimentary rock at depths of three to six kilometres with high
temperatures (over 150 C) can serve as artificial reservoirs. These are accessed via two or more
boreholes drilled deep into solid rock. Hydraulic and chemical stimulation processes are used to make
cracks and fissures in the rock. Cold water is then pumped at high pressure down an injection well into
the rock, where it is heated and returns to the surface via a second borehole. This hot water in turn heats
a working fluid with a low boiling point, producing steam for a turbine. Heat can also be fed into district
4
heating networks via a heat exchanger.
Enhanced geothermal systems EGS could in principle make up for naturally occurring hydrothermal
reservoirs, but they also require an appropriate site, which has to provide an extended, sufficiently
permeable fracture rock, with suitable heat exchange surfaces. Hence it is crucial to understand the
geologic characteristics of the area and its underground rocks, but this is not always possible due to lack
of deep underground data.
Instead, a deep geothermal probe is a closed system for producing geothermal energy consisting of a
single borehole ranging in depths from over 400 m to several thousand metres. A deep geothermal
energy probe works in a manner similar to that of probes in a shallow geothermal energy system. Since
deep geothermal systems achieve higher temperatures than shallow geothermal systems, the use of a
heat pump is rarely required, yet simultaneous use for cold storage is not possible. The extracted energy
is used directly for heating, enabling the full potential of thermal energy utilisation, ranging from process
heat for industry and commercial uses at higher temperatures to agricultural use at lower temperatures.
2
http://etat.geneve.ch/dt/SilverpeasWebFileServer/04_Rybach_JGG09.pdf?ComponentId=kmelia197&SourceFile=1253172575937.pdf&
MimeType=application/pdf&Directory=Attachment/Images/
3
www.geothermie.stadt.sg.ch/wissen/geothermie/tiefe-geothermie/
4
www.renewables-made-in-germany.com/index.php?id=572
3
Power generation is not economical even at high temperatures due to the smaller heat exchange surface
5
of the probe.
Positive and negative aspects
According to the U.S. Department of Energy, geothermal energy in general has the following positive
qualities: it’s renewable; delivers electricity 24/7; it’s produced domestically, may substitute the import of
6
fuel ; has a small footprint (requires minimum land use); has little to no greenhouse gas emissions. The
same department lists the following extra benefits for EGS development:
• EGS will increase energy production by producing geothermal energy in new environments and at
various depths.
• EGS has enormous potential to be an important contributor to the U.S. energy portfolio as a
source of clean and renewable energy.
• EGS has the potential to create high-paying, long-term jobs.
Despite all these positive aspects, EGS technology is still in its developmental phase and therefore not all
the chances are fully evaluated (e.g. sustainability with respect to other renewable sources).
EGS presents some technological challenges and there have been some setbacks in the development
thereof: for example US-based company AltaRock Energy stopped development of a California project
due to a collapsed well; in Basel, Switzerland, an urban project was cancelled in 2009 due to concerns
about induced seismic activity. In fact, the main drawback of the whole process is that during the water
injection process micro-earthquakes are induced. This man-made seismic activity can be felt at the
surface and even induce damages, and this could cause public fear of the technology. Also poor
execution of geothermal projects, for example drilling wells without the necessary regard for health, safety
and environmental aspects, negatively affects the reputation of geothermal energy.
Geothermieprojekte sind oft noch gegen weitere Schäden versichert. «Ein Erdbeben ist das schlimmste
Ereignis, darüber hinaus gibt es aber noch eine ganze Reihe weiterer Risiken, beispielsweise
Umweltschäden», weiss Dietrich Winter von der Allianz-Versicherung. Bis zu einer vereinbarten Summe
sichert sein Haus auch die Verantwortlichen von Geothermieprojekten gegen Forderungen Geschädigter
ab. Vorkommnisse gab es genügend – und die prägen oft das Image der Geothermie in der Bevölkerung.
Bei Basel war es ein Erdbeben, in Leonberg westlich von Stuttgart sackten Häuser ab, in Staufen hebt
7
sich der Boden.
So verzichtet das österreichische Tirol vorerst auf Tiefengeothermie – trotz aller Voraussicht nach
hervorragenden Bedingungen in 6000 bis 8000 Metern Tiefe im Inntal. Der Landesgeologe hatte
vergangenen Herbst vor Risiken wie Erdbeben, Erdgasvorkommen und Gips gewarnt. Gips ist auch der
Grund für die Probleme in Staufen. Dort gelangte während einer Bohrung Wasser in eine Anhydrit8
Schicht, so dass Gips entstand. Dieser quillt und hebt den Boden. Die Gebäudeschäden sind enorm.
The risk of induced seismicity is very low for the other kind of systems, the so-called hydrothermal
systems, but it exist, as found in the aftermath of the 2.7 magnitude (2.5 Km depth) earthquake that hit
Landau, Germany, the 15 of August 2009: “Die Expertengruppe ist daher der Meinung, dass ein kausaler
Zusammenhang zwischen der Seismizität seit November 2007 im Bereich um Landau, die auch das
5
www.renewables-made-in-germany.com/index.php?id=572
www1.eere.energy.gov/geothermal/geothermal_basics.html
7
In Leonberg and Staufen shallow geothermal energy systems were put into place
8
www.nzz.ch/nachrichten/hintergrund/wissenschaft/heisses_wasser_gesucht_1.15973384.html
6
4
Erdbeben vom 15. August 2009 beinhaltet, und der geothermischen Energiegewinnung in Landau sehr
9
wahrscheinlich ist.“
Domenico Giardini, seismologist at ETH Zurich and director of the Swiss Earthquake Research Center,
stated in a 2009 Nature comment: “For an enhanced geothermal system located near a city or in an area
already hit by past large earthquakes, the increased seismic risk requires developing mitigation
strategies, such as restricting the pressure or location of pumped fluids. Open and comprehensive
information and education needs to be provided to the public and to authorities before, during and after
10
the project.” In January 2012 the US Department of Energy published a Protocol for Addressing
Induced Seismicity Associated with Enhanced Geothermal Systems: the Protocol concludes that with
proper study and technology development induced seismicity will not only be mitigated, but will become a
11
useful tool for reservoir management.
Apart from the earthquakes triggering, other issues may hinder population acceptance of geothermal
energy. For example, environmental issues:
Entsprechend der oberflächennahen Geothermie besteht auch in der Tiefengeothermie die Möglichkeit
einer Gefährdung des Schutzgutes Boden und Grundwasser […]Anders als bei konventionellen
thermischen Kraftwerken wird bei Temperaturen unter 200°C nicht Wasser verdampft, sondern es wird
ein spezielles Arbeitsmittel eingesetzt. Die sogenannten Organic Rankine Cycle (ORC) verwenden
organische Arbeitsmittel, wie Pentan. Das Kalina-Verfahren verwendet ein Wasser-Ammoniak Gemisch.
Mit diesen Stoffen können lokale Umweltbeeinträchtigungen und -gefährdungen auf dem Betriebsgelände
12
verbunden sein, wenn diese Stoffe in die Umwelt austreten.
Also land use, together with traffic noise and pollution near the operation sites may constitute a problem
for the acceptance of deep geothermal systems. In some rare cases, especially in Germany, rejection of
13,14
the technology has prompted citizens to build associations,
and to march against the installation of
15
new geothermal implants.
From the economical perspective, one of the biggest problems of deep geothermal energy is its
commercial viability. The technological sector is developing in Europe, but not at the necessary pace, so
geothermal projects are being delayed because of a lack of available drilling rigs. Besides, as drilling a
well alone costs several millions of euros (and accounts for nearly 50-70% of the total deep geothermal
project costs), the feasibility (as well as an evaluation of the non-discovery risks) and profitability of a
geothermal project should be assessed at an early stage. But this is often difficult, owing to the to the
scarcity of underground data for certain countries (e.g.Switzerland).
1.2. The situation in Switzerland
By 2050 Switzerland plans to halve its greenhouse gas emissions and to phase out nuclear energy,
16
which accounts of almost 40% of the total production of electricity. Many believe that deep geothermal
energy could be one of the candidates to cover part of the country electricity demand, even though, at
present, no electricity is produced in Switzerland from geothermal sources.
9
www.lgb-rlp.de/fileadmin/cd2009/images/content/endbericht_landau/Landau_Endbericht_101103_corr.pdf
www.nature.com/nature/journal/v462/n7275/full/462848a.html?utm_source=twitterfeed&utm_medium=twitter
11
www1.eere.energy.gov/geothermal/pdfs/geothermal_seismicity_protocol_012012.pdf
12
www.geothermie.de/wissenswelt/geothermie/einstieg-in-die-geothermie/risiken.html
13
http://bundesverband-gegen-tiefe-geothermie.de/bvbitg/
14
http://new.alternative-energiequellen.info/
15
www.rnz.de//Met ropolBruehl/00_20120423080333_102008058_Ich_habe_Angst_um_mein_Haus_.php
16
Überblick über den Energieverbrauch der Schweiz im Jahr 2010:
www.bfe.admin.ch/php/modules/publikationen/stream.php?extlang=de&name=de_43553281.pdf
10
5
While the potential for hydrothermal resources is limited by the peculiar conditions required, it’s the
potential for enhanced geothermal systems (EGS) that is deemed considerable worldwide as well as for
Switzerland. According to Peter Burri, geologist and President of the SASEG (Swiss Association of
Energy Geoscientists), “only artificial petrothermal systems can contribute significantly to the Swiss power
generation. Hydrothermal Systems are nice but far too rare geologically to have a real impact on the
energy supply of this country.”
The Swiss Federal Office of Energy estimates that in 2050 up to 4.4 TWh/year of electricity (of a total of
ca. 70 TWh/year) could come from EGS and hydrothermal resources, while Axpo sets its figure at 10
TWh/y (2011 and 2012 data respectively). These estimates evolve over time , but they remain high (510% of the needs).
Eine Studie des Paul Scherrer Instituts (PSI, 2005) schätzt das theoretische geothermische Potenzial für
die Schweiz in einer Tiefe von 3–7 km auf etwa 15‘900‘000 TWh. Das theoretisch langfristig
erschliessbare Potenzial der Stromerzeugung aus geothermischen Ressourcen wird für die Schweiz auf
etwa 17 TWhe pro Jahr geschätzt (Axpo, 2007). Dies entspricht der Leistung von mehr als zwei
Kernkraftwerken in der Grösse von Gösgen und würde rund 30 % des heutigen schweizerischen
17
Elektrizitätsverbrauchs in der Höhe von ca. 59 TWhe pro Jahr decken (BFE, 2008).
Knowledge gaps
In Switzerland there is excellent knowledge of surface geology by means of geological maps, but poor
knowledge of subsurface geology. Since there’s no federal mining law, the country has no centralized
data base and no federal policies about broad accessibility to geological data: petroleum seismic and well
18
data (with the exception of the NAGRA/CEDRA data) remain in the hands of private companies (e.g.
SEAG) in cantons without specific mining laws. As a consequence the real potential of geothermal energy
remains uncertain, as seen. Moreover, there is no coordinated expertise at federal level, and poor or no
expertise at canton level; public expertise it’s disseminated in universities (e.g. CHYN in UNINE, ETH
Zurich, UNIGE) or in associations (e.g. SASEG). According to Axpo, some areas of the Molasse Basin,
which stretches north of the Alps and below the Lake Léman, can provide good geological conditions for
deep geothermal energy exploration.
National Councillor Kathy Riklin recently asked the Swiss Federal Council for more funding of the
research: “Welche Massnahmen gedenkt er generell umzusetzen, um die Forschung auf dem Gebiet der
Tiefengeothermie nachhaltig zu fördern?”, so Riklin. Lack of knowledge about the geological situation
was also a reason for the 2006/2007 Basel earthquakes.
In Switzerland deep geothermal energy research is supported at the federal level mainly by the Swiss
Federal Office of Energy SFOE (about 1 Mil. CHF for research and development and a similar budget for
pilot and demonstration projects), the Federal Office for the Environment FOEN (0.5 Mil. CHF) and ETH
(about 1 Mil. CHF). In addition there are cantonal and community based research projects (e.g. Canton of
Neuchatel, Geneva, Thurgau or the city of Winterthur or St. Gallen).
At international level, the Swiss Seismological Service (ETH), is partner of the EU FP7 project GEISER
(Geothermal Engineering Integrating Mitigation of Induced Seismicity in Reservoirs), which will address
several of the major challenges the development of geothermal energy is facing, including the mitigation
19
of induced seismicity to an acceptable level. Switzerland is also a member, since 2010, of the
International Partnership for Geothermal Technology (IPGT), a forum for government and industry
20
leaders to coordinate geothermal related efforts, and collaborate on projects.
17
www.geothermie.ch/data/dokumente/miscellanusPDF/Strom_aus_Geothermie_CH_v1.pdf
www.nagra.ch/
19
www.geiser-fp7.eu/
20
http://internationalgeothermal.org/index.html
18
6
For Roland Wyss, geologist and director of the Swiss Association for Geothermal Energy SVG-SSG,
research alone cannot accomplish everything: “Switzerland has many data such as seismic lines, but
they provide indirect information: to better know our underground geology explorative drilling is ultimately
needed”, Wyss said at the 2012 Geothermie Bodensee conference. To bundle know-how and how-to for
the exploration and development of deep geothermal resources in Switzerland, seven Swiss utility
companies have founded GeoEnergie Suisse AG in 2010 to pursue EGS, with other companies such as
Axpo or sol-E-suisse having established geothermal business units.
Exploration attempts
Switzerland is currently among the world leaders when it comes to the utilization of geothermal borehole
heat exchangers or ground source heat pumps : no other country in the world has so many in place in
21
proportion to its surface area (more than 42000 installations in 2006).
In der Schweiz beschränkt sich die heutige Erdwärmenutzung noch ausschliesslich auf die Wärme- und
Kälteerzeugung. Der Fokus liegt hierbei deutlich auf der oberflächennahen Geothermie (< 400 m Tiefe).
2005 wurden bei uns 1200 Gigawattstunden dieser Energie genutzt, wobei die Hälfte aus
Erdwärmesonden von Einfamilienhäusern stammt, die zwischen 150 und 400 Meter tief sind. In diesem
Bereich ist die Eidgenossenschaft Weltspitze. Das erste Projekt, welches das heisse Wasser aus
grösseren Tiefen fördern wollte, war das „Deep-Heat-Mining-Projekt“ in Basel. Hier entstanden bei den
Probebohrungen aber so viele kleine Erdbeben, dass das Vorhaben gestoppt werden musste. Ein
ähnliches Projekt im Zürcher Triemli-Areal scheiterte an zu geringer Fündigkeit: Dort platzierte man
deshalb lediglich Erdwärmesonden, die voraussichtlich 410 Megawattstunden Strom pro Jahr liefern
22
werden.
Two first pilot projects on deep geothermal energy are currently in development in Switzerland. Both are
hydrothermal projects and intend to spud deep geothermal wells in 2012. One project is located in Lavey23
les-Bains (VD), and a second one, well-publicized, in the town of St. Gallen.
Viel Lob erhielt das Geothermie-Projekt der Stadt St. Gallen, das ab 2014 mit Wasser aus der Tiefe bis
zur Hälfte der Wohnhäuser heizen soll. Unter der Stadt wird in 4000 bis 5000 Metern Tiefe heisses
Wasser von bis zu 170 Grad erwartet. Seismische Messungen lieferten gute Vorzeichen. Das Projekt,
dem 80 Prozent der St. Gallerinnen und St. Galler letzten November zustimmten, kostet 159 Millionen
Franken. Ob es umgesetzt werden kann, ergeben Bohrungen, deren Ergebnisse im Winter 2012
24,25
vorliegen sollen. Im schlechtesten Fall droht der Stadt ein Verlust von 60 Mio. Franken.
Lavey ist in der Schweiz bereits ein Pionier im Bereich Erdwärme aus Grundwasser. Nun wird Lavey bald
zum Schauplatz einer neuen Herausforderung: der Bohrung eines Brunnens in 2000 bis 3000 m Tiefe,
um noch wärmeres Wasser zu erreichen. Damit soll Strom für 600 Haushalte produziert werden und der
Wärmebedarf von 1200 Haushalten in Lavey und Saint-Maurice gedeckt werden sowie, dank eines
Fernwärmenetzes, der Bedarf bestimmter lokaler Industrien […]Das Projekt AGEPP wird keine kleinen
Erdstösse verursachen, wie diejenigen, die das Basler Projekt im Jahr 2009 vorzeitig gestoppt hatten.
[…]Letztere gehörte zur EGS-Technologie (stimulierte geothermische Systeme), sie beruht auf einer
künstlichen Bruchbildung der Gesteinsformation durch Einpressen von Wasser unter sehr hohem Druck.
In Lavey geht es hingegen ausschliesslich um eine Brunnenbohrung zur Gewinnung geothermischen
26
Wassers, das auf ganz natürliche Art im Aquifer vorhanden ist.
21
www.bfe.admin.ch/themen/00490/00501/index.html?lang=en
www.geothermie.ch/data/dokumente/miscellanusPDF/Strom_aus_Geothermie_CH_v1.pdf
23
www.agepp.ch
24
www.swissinfo.ch/ger/news/newsticker/international/Es_gibt_genug_Energie_-_wir_muessen_sie_nur_rausholen.html?cid=30583844
25
Up to 50% of the losses in the subsurface development of the reservoir (or 24 Mio. Swiss Francs) may be recovered through a
exploration risk guarantee of the Swiss Confederation. www.bfe.admin.ch/energie/00588/00589/00644/index.html?lang=de&msgid=45061
26
http://agepp.ch/index.php/de/Le-forage-de-Lavey/die-bohrung-auf-einen-blick.html
22
7
The cantons decide
Licenses to make underground surveys and exploitation fall under the canton’s jurisdiction, there is no
federal regulatory framework for underground exploration and exploitation. So there are 26 different cantonal
regulations, which are not suited for deep geothermal energy, and for some authorizations even
municipalities have to be consulted. Moreover the cantons don’t have risk coverage for geothermal projects,
with the exception of the canton Thurgau.
“The ideal case would be to have the same rules in the whole country”, said Frank Rutschmann of SFOE at
the 2012 Geothermie Bodensee conference. The SFOE is currently collaborating with the canton of Valais in
a project that aims at making a model regulation of deep geothermal energy at cantonal level.
Discussions at the federal level
In the Swiss Parliament there have been numerous and positive discussions regarding geothermal
energy. “Im Rahmen der Neuausrichtung der eidgenössischen Energiepolitik arbeitet der Bundesrat
einen Aktionsplan Energiestrategie 2050 mit entsprechenden Massnahmen aus. Eine mögliche neue
Massnahme ist ein "Förderprogramm zur Entwicklung der Tiefengeothermie"”, answered the Federal
27
Council to an interpellation in November 2011.
The Swiss Parliament recently adopted with a majority of about 75% two motions on geothermal energy
put forward by Councillor Felix Gutzwiller.
Dieser verlangt in seiner ersten Motion eine Geothermie-Task-Force und eine Charmeoffensive, um in
Gesellschaft und Politik die Akzeptanz der tiefen Geothermie zu erhöhen. Weiter sollen beispielsweise
Pilotprojekte eine rückzahlbare Anschubfinanzierung erhalten und Bewilligungsverfahren sollen
vereinheitlicht und beschleunigt werden. Der Bund wird weiter aufgefordert, sich an Forschungs- und
Pilotprojekten zu beteiligen.
Finanziell ins Gewicht fällt Gutzwillers zweite Motion. Darin fordert er vom Bundesrat ein Programm zur
"schweizweiten Erkundung des Untergrundes" zu organisieren und zu finanzieren. Gutzwiller begründet
seinen Vorschlag mit dem hohen Potenzial der tiefen Geothermie zur Stromgewinnung. Sie könne
einheimischen Strom zu konkurrenzfähigen Preisen rund um die Uhr, wetterunabhängig und das ganze
Jahr liefern.
Bundesrätin Doris Leuthard warnte die Mitglieder der grossen Kammer eindringlich aber vergeblich vor
den Kosten, die auf den Bund zukämen, wenn die Motionen von Ständerat Felix Gutzwiller (FDP/ZH)
angenommen würden. Für Leuthard ist die Forderung nach einer Bohr-Offensive «gewagt». «Die Motion
verlangt, dass wir Bohrungen finanzieren», sagte sie. Aber niemand sage, wie dies bezahlt werden solle.
Aufgrund von Erfahrungen in St. Gallen und Zürich zeichneten sich Kosten von mindestens einer
28
Milliarde Franken ab, warnte sie.
So far the political image of geothermal energy is good: „Ich denke, es ist zumindest auf politischer
Ebene wieder sehr gut. Von den Vertretern der kantonalen Politik, welche ich getroffen habe, hörte ich
nie ‚so etwas wollen wir bei uns nicht‘, wie das in anderen Bereichen der Energiepolitik der Fall ist.“, said
29
in a recent interview Peter Meier, director of Geo-Energie Suisse AG.
27
28
29
www.parlament.ch/d/suche/seiten/geschaefte.aspx?gesch_id=20113883
www.nzz.ch/nachrichten/politik/schweiz/schweizweite_erforschung_des_untergrundes_1.15542604.html
www.bfe.admin.ch/php/modules/publikationen/stream.php?extlang=de&name=de_394691090.pdf
8
2. Relevant questions for a new TA-SWISS study
Advantages and opportunities that deep geothermal energy could bring to Switzerland are similar to other
countries: an abundant, cost effective, environmental friendly and renewable energy source that could
make the country more independent and help the transition towards the renewable era. Some technology
assessment questions, which pertain the international scientific community, remain unanswered, and are
mainly related to the possible triggering of earthquakes. But there are also TA issues that are peculiar for
Switzerland: how much abundant are geothermal sources in Switzerland’s subsurface; at which price; are
current regulations fit-for-purpose and sufficient; do the cantons have the appropriate knowledge to
control and regulate deep geothermal exploitation, and enforce adherence to regulations; is the scientific
community prepared to deal with cantons and government on issues related to research and
development.
With respect to the above mentioned issues, the following detailed questions may be of interest for a TASWISS study (bullet points mark the questions, preceded by a short introduction taken from the overview
chapter)
2.1. Real availability and exploitability of the sources
In Switzerland there is excellent knowledge of surface geology by means of geological maps, but poor
knowledge of subsurface geology. Since there’s no federal mining law, the country has no centralized
data base and no federal policies about broad accessibility to geological data: petroleum seismic and well
30
data (with the exception of the NAGRA/CEDRA data) remain in the hands of private companies (e.g.
SEAG) in cantons without specific mining laws. [see p. 6]
• Do we have enough and reliable data to estimate the potential for deep geothermal energy?
• Are there sufficient resources and reserves to be exploited?
• Is there a knowledge gap in the geothermal energy field? Is it possible to overcome?
2.2. Technology: state of the art and future developments
Despite all these positive aspects, EGS technology is still in its developmental phase and therefore not all
the chances are fully evaluated (e.g. sustainability with respect to other renewable sources).
EGS presents some technological challenges and there have been some setbacks in the development
thereof: for example US-based company AltaRock Energy stopped development of a California project
due to a collapsed well; in Basel, Switzerland, an urban project was cancelled in 2009 due to concerns
about induced seismic activity. [see p. 4]
• What are the key technological challenges related to EGS (and hydrothermal) systems? Where is
room/need for improvement and further development?
2.3. Economical impact and economical viability
From the economical perspective, one of the biggest problems of deep geothermal energy is its
commercial viability. The technological sector is developing in Europe, but not at the necessary pace, so
geothermal projects are being delayed because of a lack of available drilling rigs. . Besides, as drilling a
well alone costs several millions of euros (and accounts for nearly 50-70% of the total deep geothermal
project costs), the feasibility (as well as an evaluation of the non-discovery risks) and profitability of a
geothermal project should be assessed at an early stage. But this is often difficult, owing to the to the
scarcity of underground data for certain countries (e.g.Switzerland). [see p. 5]
30
www.nagra.ch/
9
The Swiss Federal Office of Energy estimates that in 2050 up to 4.4 TWh/year of electricity (of a total of
ca. 70 TWh/year) could come from EGS and hydrothermal resources, while Axpo sets its figure at 10
TWh/y (2011 and 2012 data respectively). These estimates evolve over time , but they remain high (510% of the needs). [see p. 6]
• What are the foreseen prices for electricity from geothermal energy in Switzerland? Can this
resource reach the economy of scale level and compete with oil/coal/conventional gas prices?
• Is it possible to scale up the number of current drilling facilities and reduce the relative prices? Can
the uncertainties (exploration risks) in the drilling phase be reduced?
2.4. Environmental (positive and negative) impacts and safety issues
In fact, the main drawback of the whole process is that during the water injection process microearthquakes are induced. This man-made seismic activity can be felt at the surface and even induce
damages, and this could cause public fear of the technology. [see p. 4]
Entsprechend der oberflächennahen Geothermie besteht auch in der Tiefengeothermie die Möglichkeit
einer Gefährdung des Schutzgutes Boden und Grundwasser […] Die sogenannten Organic Rankine
Cycle (ORC) verwenden organische Arbeitsmittel, wie Pentan. Das Kalina-Verfahren verwendet ein
Wasser-Ammoniak Gemisch. Mit diesen Stoffen können lokale Umweltbeeinträchtigungen und gefährdungen auf dem Betriebsgelände verbunden sein, wenn diese Stoffe in die Umwelt austreten.
Also land use, together with traffic noise and pollution near the operation sites may constitute a problem
for the acceptance of deep geothermal systems. [see p. 5]
• What are the possible environmental and, if any, health impacts of hydrothermal and petrothermal
(or EGS) geothermal energy at local and federal level?
• Can underground and surface supply water be contaminated?
• Can small quakes really be avoided and can they trigger bigger quakes?
According to the U.S. Department of Energy, geothermal energy in general has the following positive
qualities: it’s renewable; delivers electricity 24/7; it’ s produced domestically, may substitute the import of
fuel; has a small footprint (requires minimum land use); has little to no greenhouse gas emissions. [see p.
4]
• Can the life cycle environmental impact of deep geothermal systems be determined? How does
deep geothermal energy perform in comparison with other renewable energies (e.g. solar,
wind)?
2.5. Regulatory, ethical issues
Licenses to make underground surveys and exploitation fall under the canton’s jurisdiction, there is no
federal regulatory framework for underground exploration and exploitation. So there are 26 different
cantonal regulations, which are not suited for deep geothermal energy, and for some authorizations even
municipalities have to be consulted. [see p. 7]
• What are the current drilling regulations in Switzerland and are they adequate in case geothermal
energy exploitation takes off?
• Can the cantons alone cope with the knowledge needed to understand and regulate geothermic
exploitation? Or do we need regulations at national level? Are cantons ready to give up some
jurisdiction over soil exploitation?
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• Is there an ethical debate on risks due to deep geothermal energy? Is the public acceptance
discussed?
2.6. Cultural context, public debate
In fact, the main drawback of the whole process is that during the water injection process microearthquakes are induced. This man-made seismic activity can be felt at the surface and even induce
damages, and this could cause public fear of the technology. Also poor execution of geothermal projects,
for example drilling wells without the necessary regard for health, safety and environmental aspects,
negatively affects the reputation of geothermal energy. [see p. 4]
Also land use, together with traffic noise and pollution near the operation sites may constitute a problem
for the acceptance of deep geothermal systems. In some rare cases, especially in Germany, rejection of
the technology has prompted citizens to build associations, and to march against the installation of new
geothermal implants. [see p. 5]
• What is the current perception of the Swiss population towards geothermal energy?
• Have the post-Basel fears and anger disappeared?
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3. Angaben zum Inhalt und zur Durchführung der Studie
3.1. Inhalt der Studie
Tiefengeothermie ist zu einem Hoffnungsträger bei den erneuerbaren Energiequellen für die Realisierung
der Energiewende in der Schweiz geworden. Diese Energieform geniesst zurzeit auch in politischen Kreisen
Zuspruch, obwohl verlässliche Erfahrungen über die Herausforderungen der Erkundungsverfahren fehlen.
Zudem ist es nicht klar, wie gross das Potenzial der geothermischen Stromproduktion ist.
Die interdisziplinäre Studie soll die zukünftigen Perspektiven (Chancen und Risiken) von Tiefengeothermie als Energiequelle aufzeigen. Im Fokus der Studie liegen die Erkundungsmethoden, wie
hydrothermale und petrothermale Geothermie. Die Methoden der Bohr- und Erschliessungstechnologien
sollen ausführlich beschreiben und deren Stärken, Schwächen sowie der Bedarf für deren Weiterentwicklung
untersucht und verglichen werden. Äusserst wichtig für die Studie ist die Analyse der wirtschaftlichen
Bedeutung der Nutzung dieser Energieform. Eine ausführliche Beurteilung der tiefen geothermischen
Ressourcen aufgrund der zurzeit vorhandenen geologischen Daten ist erforderlich, damit die Potenziale für
Strom- und Wärmegewinnung im Vergleich zu anderen Energieträgern abgeklärte werden können. Im Hinblick auf die energiepolitische Strategie (Programm zur schweizweiten Geothermie-Erkundung, vor kurzem
vom Ständerat gebilligt) interessieren die Fragen des Fündigkeitsrisikos bei Geothermieprojekten, der Bohrkapazitäten und der Wirtschaftlichkeit von Geothermieanlagen. Ausserdem sind die Folgen (Vorteile und
Nachteile) der Erschliessung der Tiefengeothermie für die Umwelt zu untersuchen. Dabei soll die
Umweltbilanz gewichtet und anderen Technologien (Windenergie, Photovoltaik) gegenübergestellt werden.
Von besonderer Bedeutung ist auch eine fundierte Ermittlung des realen Risikos von induzierten Erdbeben, zudem sollen Strategien diskutiert werden, die zur Verminderung dieses Risikos dienen könnten.
Die Analyse des gesellschaftlichen Kontextes soll den heutigen Kenntnisstand der Behörden, der Wissenschaft und der Bürger/innen über die Tiefengeothermie und deren Anwendungen zeigen, damit den Bedarf
nach Grundlageforschung und themenbezogener Kommunikation beurteilt werden kann. Dabei sind auch die
öffentliche Wahrnehmung der Technologie und die Auseinandersetzung mit deren möglichen Gefahren
(seismische Ereignisse) zu evaluieren und aus Sicht der aktuellen Risikokommunikation zu diskutieren. Die
schweizerischen Stakeholders und Bürger/innen sollen während des Projektes befragt werden. Schliesslich
soll der aktuelle gesetzliche Rahmen (inkl. Zugänglichkeit der geologischen Daten) auf nationaler Ebene
(Bund, Kantonen und Gemeinde) beleuchtet und einem Vergleich auf internationaler Ebene unterzogen
werden.
Auf Grund dieser Gesamtbeurteilung soll die Studie Empfehlungen abgeben, die speziell auf die Schweiz
zugeschnitten sind und sich an Entscheidungsträger/innen in Politik, Wirtschaft und Verwaltung richten.
3.2. Einreichen von Offerten
Bei der Ausarbeitung der Offerten sind die «Richtlinien für die Eingabe von Projektofferten» gemäss Punkt
vier (Seite 14) dieser Ausschreibungs-Unterlagen zu berücksichtigen. Die Offerten sind bis spätestens am
6. November 2012 auf elektronischem Weg einzureichen (als pdf-Datei) an die unten angegebene E-MailAdresse. Der Entscheid, welches Projekt zur Ausführung gelangen wird, wird voraussichtlich im Dezember
2012 fallen.
12
3.3. Durchführung der Studie
Die Geschäftsstelle von TA-SWISS wird eine Gruppe von Fachpersonen (Begleitgruppe) einsetzen, in der
Personen vertreten sind, die sich mit unterschiedlichen Aspekten der Thematik befassen. Die zur
Ausführung genehmigte Offerte wird vor Beginn der Projektarbeit von der auftragnehmenden Gruppe in der
Begleitgruppe vorgestellt; bei der Diskussion des Projektvorschlags können die Begleitgruppe und die
Geschäftsstelle Einfluss nehmen auf die Prioritäten und die Vorgehensweise. Die Projektgruppe wird im
weiteren Verlauf des Projekts drei- bis fünfmal Arbeitspapiere bzw. Zwischenberichte z.Hd. der
Begleitgruppe und der Geschäftsstelle vorlegen. Diese dienen als Diskussionsgrundlage; die Durchführung
der jeweils nächsten Arbeitsschritte erfolgt gemäss Absprache mit der Begleitgruppe bzw. der
Geschäftsstelle.
3.4. Budget und zeitlicher Rahmen
Gesamtbudget: max. sFr. 140'000.Projektbeginn: Januar 2013 (nach Absprache evtl. später)
Projektdauer: ca. 12 bis 15 Monate
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4. Richtlinien für die Eingabe von Projektofferten
Wir bitten Sie, bei der Formulierung Ihrer Projektofferte gemäss folgendem Aufbau-Raster vorzugehen (die
unter den einzelnen Rubriken aufgezählten Angaben sind als Beispiele zu verstehen und brauchen daher
nicht «im Wortlaut» berücksichtigt zu werden):
1.
•
•
•
•
•
Ausgangslage und Begründung – Analyse der gegenwärtigen Situation
Warum ist eine TA-Studie zum vorgeschlagenen Thema sinnvoll?
Nationale und internationale Bedeutung der Thematik
Technologische, wirtschaftliche, politische, gesellschaftliche Bedeutung
Bisherige Forschungserkenntnisse, unter besonderer Berücksichtigung TA-relevanter Aspekte
Zu erwartende Entwicklungen im vorgeschlagenen Themenfeld
2. Problemstellung
• Fragen, die es zu beantworten gilt
• Zielsetzung des Projektes bzw. der Studie
• Welche neuen Ergebnisse/Betrachtungsweisen bringt das vorgeschlagene Projekt?
3. Projektstruktur und Projektabgrenzung
• Zielgruppen, auf welche das Projekt fokussiert
• Allenfalls: Aufteilung in Haupt- und Teilprojekte
• Schon bestehende oder geplante Vernetzungen mit anderen Projekten, die ähnliche Fragestellungen
behandeln (nationale und internationale Kontakte)
4. Methodik
• Methodische Ansätze, die zur Bearbeitung der Thematik in Frage kommen (Ausarbeitung von Varianten)
• Bewertung der Methoden; sind sie im Hinblick auf die Fragestellung angemessen? Begründeter
Methodenvorschlag
• Beschreibung des empirischen Vorgehens
5. Projektkoordination
• Personelle Betreuung des Projektes; Projektleiter/-in, Mitarbeitende(r)
• Expertengruppen
• Wichtige Kontaktpersonen und Institutionen (mögliche Kooperations-Partner, s. auch unter 3)
6. Vorleistungen
• Liste der Arbeiten der Personen im Projektteam im Bereich der zu untersuchenden Thematik
7. Aktionsplan
• Zeitplan: Bis wann werden welche Arbeiten geleistet? Wer ist dafür zuständig?
8. Budget
• Detaillierter Finanzplan; Abschätzen des Mittelbedarfs für die unter Punkt 7 ausgewiesenen Einzelschritte
9. Umsetzung der Resultate
• Wie können die Ergebnisse der breiten Öffentlichkeit bekannt gemacht werden?
• Wie sind allenfalls ausgewählte Zielgruppen zu erreichen?
• Mit welchem zusätzlichen Finanzaufwand ist für die Umsetzung zu rechnen?
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