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Newsletter 1 / 2017
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Vom Labor in die Praxis...

...dieses Ziel verfolgen die sieben Pilot- und Demonstrationsprojekte des SCCER-SoE. Vier davon bringen wir Ihnen in diesem Newsletter näher: mit einem Steckbrief über Sedimente in Stauseen, einem Interview zur Geothermie in Genf, einem Blog-Beitrag über die Kleinwasserkraft sowie mit einem Statusbericht des viel zitierten Experiments im Grimsel. Doch erfahren Sie zuerst, wie es überhaupt dazu gekommen ist.

Rückblick

Beginn der 2. Phase des SCCER-SoE

Im Januar 2017 war es soweit: sämtliche Work Package- und Task-Leader des SCCER-SoE trafen sich, um dessen zweite Phase einzuläuten.

Nachdem in den letzten vier Jahren zahlreiche Grundlagen erarbeitet, alle nötigen Strukturen aufgebaut sowie erste Forschungsprojekte lanciert und abgeschlossen wurden, legt das SCCER-SoE seinen Fokus nun auf die Umsetzung von sieben Pilot- und Demonstrationsprojekten. Diese sollen in enger Zusammenarbeit mit der Industrie den Weg ebnen, die Ziele der Energiestrategie 2050 bezüglich Wasserkraft und Geothermie zu erreichen. Folgende Themen werden bearbeitet:
  • Stimulations-Experimente in tiefen Felslabors
  • Wärmetauscher in Haute-Sorne (JU)
  • Wärmeentnahme und -speicherung im Genfer Becken
  • Einlagerung von CO2 im Untergrund
  • Kleinwasserkraftwerke
  • Sedimente in Stauseen
  • Stauseen im Gebiet ehemaliger Gletscher
Auch die Anträge der sieben anderen SCCER wurden bewilligt, sodass den Kompetenzzentren für die nächsten vier Jahre insgesamt 112 Mio. CHF zur Verfügung stehen.

Wie es danach weitergeht, steht noch in den Sternen und bietet viel Raum für Ideen und Diskussionen. „Vom Bund kam nur die Initialzündung. Die SCCER sollen über 2020 hinaus Know-how erarbeiten und gemeinsam mit der Wirtschaft Lösungen für die Zukunft der Energie entwickeln“, fasst der Präsident der KTI Walter Steinlin zusammen.

Einblick

Projektsteckbrief: Sedimente auf Trab halten

SEDMIX

Was?

Ziel des Projekts SEDMIX ist es, Feinsedimente in Stauseen im Bereich der Staumauer anhand von Düsen am Absetzen zu hindern, damit sie kontinuierlich – wie natürlicherweise in Flüssen – über die Turbinen im Kraftwerk abgeleitet werden, ohne den Betrieb zu behindern.

Weshalb?

Die Ablagerung von Feinsedimenten ist das Hauptproblem der Verlandung (Auffüllung) unserer Stauseen in den Alpen. Das Wasser, welches während jährlicher Hochwasser über Bäche und Flüsse in die Stauseen fliesst, ist wegen der vielen Feinsedimente schwerer als das Wasser im Stausee und taucht daher auf dessen Grund ab. Infolge entsteht eine Unterwasserlawine, auch Trübestrom genannt, welche sich bis zur Staumauer fortbewegt und sich dort langsam absetzt. Die Ablagerungen können sich jedes Jahr bis zu einem Meter auftürmen. Sie verringern nicht nur das nutzbare Stauseevolumen, sondern verstopfen auch die tiefliegenden Sicherheitsauslässe und die Einläufe für das Kraftwerk, was dessen nachhaltigen Betrieb gefährdet.
 

Wer?

Die theoretischen Grundlagen von SEDMIX wurden bereits im Rahmen einer Dissertation von Dr. Jolanda Jenzer Althaus am Wasserbaulabor der ETH Lausanne (LCH) untersucht. Im Rahmen des SCCER-SoE soll nun das Projektteam unter der Leitung von Prof. Anton Schleiss einen Düsen-Prototypen entwickeln, der in zwei bis vier Stauseen getestet und optimiert wird. Die Verantwortlichen Dr. Pedro Manso und Dr. Azin Amini werden von Dr. Célestin Leupi sowie mehreren Masterstudenten unterstützt. Projektpartner sind im Rahmen von FLEXSTOR die KWO sowie weitere Kraftwerksgesellschaften.
 

Wie?

Um die Sedimente über die Turbinen ableiten zu können, ist es zentral, dass diese im Stausee dauernd in der Schwebe gehalten werden, ohne sich auf dem Grund abzusetzen. Dazu wird anhand mehrerer Düsen unter Wasser eine Aufwärtsströmung wie von einem Mixer erzeugt, wobei sich eine kreisförmige Anordnung der Wasserstrahlen als am effizientesten erwiesen hat. Im Vergleich zu keinen Entlandungsmassnahmen lässt sich so die doppelte Menge an Sedimenten ableiten. Eine erste Analyse für den Stausee Mauvoisin (VS) zeigt, dass bei einer jährlichen Turbinierwassermenge von 100 Mio. m3 rund 500’000 t Feinsedimente abgeführt werden könnten, vorausgesetzt dass in der Nähe der Fassung stets eine Konzentration von 5 g/l aufrechterhalten werden kann. Dies würde eine nachhaltige Nutzung des Stausees gewährleisten.
 

Wann?

Die Entwicklung eines Düsen-Prototyps startete Anfang 2017. Zurzeit werden am Fallbeispiel der geplanten Staumauer Trift (BE) numerische Simulationen durchgeführt. Anschliessend wird bis 2018 ein mobiler Prototyp entwickelt, der ab 2019 in verschiedenen Stauseen getestet werden könnte. Vorerst müssen aber noch weitere Kraftwerksgesellschaften als Partner für die Herstellung des Prototyps gewonnen werden.

Mehr erfahren:
Verlandung der Stauseen gefährdet die nachhaltige Nutzung der Wasserkraft (PDF)
Using turbulence to keep dams clean (Webseite)
Controlled fine sediment release from a reservoir by a hydrodynamic mixing device (PDF)

Interview mit Andrea Moscariello

Andrea Moscariello
Seit der zweiten Phase des SCCER-SoE leitet Professor Andrea Moscariello von der Universität Genf den neuen Task 1.3, welcher sich der Wärmegewinnung und -speicherung widmet sowie das Work Package 5, welches die sieben Pilot- und Demonstrationsprojekte umfasst. Im Rahmen des Projekts GEothermie 2020 koordiniert er mehrere Doktorierende sowie leitende Wissenschaftler und pflegt eine enge Zusammenarbeit mit den Industriellen Werken Genf (SIG) und dem geologischen Dienst des Kantons Genf. In sämtlichen Aufgaben wird er von Dr. Luca Guglielmetti unterstützt, der ebenfalls der Universität Genf angehört.
Welche Methoden wenden Sie an, um das geothermische Potenzial des Genfer Beckens abzuschätzen?

In den letzten vier Jahren konzentrierte sich meine Forschungsgruppe darauf, alle vorhandenen Daten über den Untergrund zu sammeln (z. B. Seismik-, Bohrloch- und Reservoir-Daten) und in ein umfassendes, geologisches 3D-Modell zu integrieren. Dieses Modell werden wir nun laufend verbessern und aktualisieren. Dazu sind bereits neue Daten vorhanden, was dem grossen Engagement der SIG zu verdanken ist.

Zudem entwickeln wir ein neues, geophysikalisches Erfassungsprogramm: Dieses berücksichtigt sowohl 2D reflexionsseismische Messungen als auch Daten von flachen Bohrlöchern (800 bis 1500 Meter tief) sowie von 3D vertikalseismischen Profilen (VSP). Das Ziel besteht darin, die Abwärme der Kehrichtverbrennungsanlage in Cheneviers (100 GWh pro Jahr, 105°C) aufzufangen und im untiefen Karbonatgestein zu speichern.

Worin sehen Sie die grössten Herausforderungen für die Nutzung geothermischer Energie im Genfer Becken?

Aus technischer Sicht liegt eine der grössten Schwierigkeiten darin, optimale Standorte zu finden. Dafür ist ein vertieftes Verständnis der Eigenschaften des Untergrunds notwendig. Es gilt beispielsweise herauszufinden, wie die Porosität oder Durchlässigkeit des Gesteins im Untersuchungsgebiet variieren. Das ist keine triviale Aufgabe, denn während bei der direkten Wärmenutzung Gebiete mit hoher Durchlässigkeit gefragt sind, werden für den Wärmeaustausch und die Speicherung Reservoire mit einer moderaten Durchlässigkeit benötigt. Nur so ist es möglich, heisse Flüssigkeiten zu speichern und bei Bedarf freizugeben.

Mit einer anderen technischen Herausforderung beschäftigt sich das Team von Professor Matteo Lupi an der Universität Genf. Es analysiert das Auftreten natürlicher Erdbeben im Genfer Becken, um besser verstehen und abschätzen zu können, wie das Gestein auf erhöhten Druck infolge geothermischer Nutzung reagiert.

Nicht ausser Acht zu lassen sind ausserdem die rechtlichen Herausforderungen. Die SIG und der Kanton Genf arbeiten derzeit mit Erfolg daran, gesetzliche Rahmenbedingungen zu schaffen, um künftig die Durchführung verschiedener Geothermieprojekte zu ermöglichen.

Neu im Blog

Kleinwasserkraft
Welche Zukunft für die Kleinwasserkraft in der Schweiz?

Die Kleinwasserkraft erzeugt derzeit 5 % unserer in der Schweiz produzierten Elektrizität und birgt ein grosses Steigerungspotenzial. Ihre Wiederbelebung und Weiterentwicklung seit den 90er Jahren verdankt sie vor allem den Unterstützungsprogrammen des Bundes. Sind diese heute noch ausreichend, um der Kleinwasserkraft einen Platz im zukünftigen Energiemix zu sichern? Und welche Rolle kann die Forschung dabei spielen?

Von Cécile Alligné-Münch
Erdwärmespeicher
Erdwärmespeicher für unsere Städte

Seit dreissig Jahren bieten Erdwärmesonden und Wärmepumpen eine erfolgreiche Alternative zu Erdöl, um Häuser zu beheizen. Die Schweiz ist Spitzenreiter bei der Umsetzung. Auch ich habe für mein Zuhause vor sieben Jahren eine Erdwärmesonde installieren lassen und kann nur Gutes darüber berichten. Trotz des Erfolgs stagniert die Anzahl verkaufter Erdwärmesonden seit 2015 erstmals. Grund dafür ist, dass sich Erdwärmesonden in Städten gegenseitig die Wärme entziehen.

Von Ueli Wieland

Ausblick

Ran an die Daten!


Die Aufregung während der ersten Stimulationsphase des Experiments „In-Situ Stimulation and Circulation (ISC)“ im Felslabor Grimsel der Nagra hat sich gelegt. Die insgesamt 6‘000 Liter Wasser, mit denen die Durchlässigkeit des Granits erfolgreich um bis das 1‘000-fache erhöht werden konnte, sind wieder abgeflossen. Das Forscherteam rund um Dr. Florian Amann bewegt sich nun nicht mehr täglich in dunklen Stollen, sondern durchstöbert und analysiert am Computer die 5 Terabyte erhobener Daten. Auch wenn sich damit noch Generationen von Doktorierenden beschäftigen lassen, sind einige wichtige Erkenntnisse bereits ersichtlich:

Die installierten Messgeräte zeichneten hunderte von Mikroerdbeben auf, welche mit klar messbaren Verschiebungen im Gebirge einhergingen. Am meisten überrascht ist der Projektleiter von der grossen Variabilität der sechs Testreihen. So zeigten zwar alle Sensoren bei jedem Wasser-Einpressen eindeutige und sofortige Reaktionen, jedoch fielen diese unterschiedlich stark aus. In einigen Fällen waren grosse Veränderungen der Durchlässigkeit nur von wenigen Mikroerdbeben begleitet, in anderen verhielt es sich genau umgekehrt.

Inzwischen laufen die Vorbereitungen für die zweite Stimulationsphase im Mai auf Hochtouren. Dann soll in fünf weiteren Testreihen intakter Fels aufgebrochen werden, während in der ersten Phase gezielt bereits existierende, vorgespannte Risse reaktiviert wurden.

Um die ersten gewonnenen Erkenntnisse aus dem ISC-Experiment baldmöglichst nutzbar zu machen, sind noch in diesem Jahr zahlreiche Publikationen geplant.

Schauen Sie sich das folgende YouTube-Video an, um sich einen Eindruck des ISC-Experiments im Felslabor zu verschaffen und mehr über dessen Hintergründe zu erfahren.

Save the date!

14. - 15. September 2017
SCCER-SoE Jahreskonferenz

In Birmensdorf (ZH) an der Eidgenössischen Forschungsanstalt WSL

Hier klicken, um mehr zu erfahren

Der nächste SCCER-SoE Newsletter erscheint im Juli 2017.
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