Lerche: Prädiktive Regelung geothermischer Reservoire auf der Basis frühzeitig ansetzender, kontinuierlicher hydromechanischer Charakterisierung

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Lerche

Lerche: Prädiktive Regelung geothermischer Reservoire auf der Basis frühzeitig ansetzender, kontinuierlicher hydromechanischer Charakterisierung

01.05.2026 bis 30.04.2029

Ruhr-Universität Bochum, Institut für Geowissenschaften (Experimentelle Geophysik)
Universitätsstraße 150
44801 Bochum

TU Dortmund, Fakultät Maschinenbau (Regelungstechnik und cyberphysische Systeme)
Universität Stuttgart, Institut für Mechanik (Kontinuumsmechanik)
GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung, Sektion 4.2: Geomechanik und Wissenschaftliches Bohren

Geoforschung für Nachhaltigkeit (GEO:N)

Tiefengeothermie

Das Auftreten seismischer Ereignisse infolge hydraulischer Stimulation hat in der Vergangenheit bereits zum Abbruch von Tiefengeothermieprojekten geführt. Um den Ausbau der tiefengeothermischen Energiegewinnung voranzutreiben, sind daher geeignete Maßnahmen und Werkzeuge erforderlich, die eine Kontrolle der induzierten Seismizität ermöglichen. Aus diesem Grund plant das Verbundprojekt Lerche, hydraulische und seismische Methoden zur Reservoircharakterisierung mit einem adaptiven Regelungskonzept zu verknüpfen. Dabei soll der aktuelle hydromechanische Zustand von Reservoiren aus der Analyse von Pumpversuchen und der seismischen Überwachung abgeleitet sowie aus deren Verknüpfung die weitere Reservoirentwicklung prognostiziert werden. Um zeitnah Einfluss auf das Auftreten induzierter Seismizität nehmen zu können, ist die Entwicklung eines modellbasierten prädiktiven Reglers vorgesehen. Die dafür erforderliche Echtzeitfähigkeit der hydromechanischen Reservoircharakterisierung soll wiederum durch den Einsatz von Ersatzmodellen ermöglicht werden. Mit zunehmender Datenverfügbarkeit ist ein Übergang von deterministischen zu datengetriebenen Regelungsalgorithmen vorgesehen, wobei auch Modellunsicherheiten einbezogen werden, um einen sicheren und effizienten Betrieb geothermischer Anlagen gewährleisten zu können. Die Verifikation des neu entwickelten Analyse- und Regelungskonzepts erfolgt anhand umfangreicher Felddatensätze aus verschiedenen Projekten. Hierzu gehören das Deep Heat Project bei Helsinki (Finnland), das petrothermale Pilotprojekt Soultz-sous-Forêts im Elsass (Frankreich), das Deep Heat Mining Projekt in Basel (Schweiz) sowie hydraulische und seismische Datenkataloge aus den Untergrundlaboren in Bedretto (Schweiz) und Freiberg (STIMTEC-Projekte).

Das Verbundprojekt gliedert sich in sechs Arbeitspakete (AP). Im Rahmen von AP1 erfolgt die numerische Szenarien-Analyse, für die Modelle zur Beschreibung der hydromechanischen Kopplung fluidgefüllter Einzelrisse und Risssysteme erweitert werden. Über eine neu zu entwickelnde Nutzerschnittstelle soll die Einbindung verschiedener Szenarien mit komplexen Randbedingungen möglich sein. AP2 sieht die Ableitung diagnostischer Pumpprotokolle und die Entwicklung von Ersatzmodellen vor. Dabei soll auf Basis verschiedener Datensätze das diagnostische Potential transienter Pumpvorgänge geprüft werden, wobei insbesondere deren Sensitivität gegenüber Eigenschaftsänderungen im Fokus der Untersuchungen steht. Einen weiteren Arbeitsschwerpunkt bildet die Bewertung der neu entwickelten analytischen Lösungen hinsichtlich ihrer Eignung als Ersatzmodelle. In AP3 sollen induzierte seismische Ereignisse genutzt werden, um die Entwicklung von Rissnetzwerken im Reservoir zu erfassen sowie die weitere seismische Aktivität und die Magnitudenentwicklung zu prognostizieren. Ferner ist geplant, die Seismizitätsrate anhand aktualisierter mikroseismischer Daten aus verschiedenen Injektionskampagnen zu modellieren und Eingangsparameter für das geplante Prognosewerkzeug zu liefern. Mit AP4 wird eine prädiktive Regelung für den sicheren und effizienten Betrieb tiefengeothermischer Anlagen erstellt. Hierzu sollen mathematische Modelle entwickelt werden, die zur Vorhersage des Systemverhaltens einsetzbar sind. In AP5 erfolgt der Test der Prognosemodelle und Regelungskonzepte. Der Fokus liegt dabei auf der retrospektiven Evaluation anhand vorliegender Datensätze. Ziel von AP6 ist die Synthese des neu entwickelten Analyse- und Regelungskonzepts zwecks Formulierung von Alternativen zur bisherigen Vorgehensweise sowie der Erarbeitung von Empfehlungen (best practice) zur erfolgreichen Umsetzung petrothermaler Projekte.