AP 3.3

Ausbreitung von Gasleckagen aus tiefen Speichern und ihre geochemische Beeinflussung oberflächennaher unterirdischer Schutzgüter

 

Trotz aller Vorsicht bei der Errichtung von Gasspeichern im geologischen Untergrund besteht ein Restrisiko, dass das eingespeicherte Gas aufgrund eines Unfalls entweicht und in oberflächennahe Grundwasserleiter aufsteigt. Dabei können sehr geringe Leckageraten vorkommen, die über lange Zeit nicht entdeckt werden, aber auch spontane hohe Leckageraten, wie z.B. bei Beschädigung der Bohrlochverrohrung. Die entweichenden Gase können in den zur Trinkwasserversorgung genutzten oberflächennahen Grundwasserleitern nachteilige Veränderungen verursachen.

Die Injektion von Gasen in offene Porenspeicher führt zu einer Druckerhöhung in tiefen mit Salzwasser gefüllten Grundwasserleitern. Da sich die Druckerhöhung über große Entfernungen ausbreiten kann, besteht ein Risiko, dass Salzwasser in oberflächennahe Grundwasserleiter migriert, falls entsprechende Wegsamkeiten vorhanden sind. Im Gegensatz zur Salzwasserintrusion an der Küste ist nicht vorhersehbar wo das saline Wasser in den oberflächennahen Grundwasserleiter eintritt. Auch die Geometrie einer lokalen Salzwasserintrusion unterscheidet sich von der bekannten Küstenversalzung.

Bei der Bewilligung von Gasspeichern werden diese Risiken im Rahmen von Umweltverträglichkeitsprüfungen und Planfeststellungsverfahren zu berücksichtigen sein. Auch geeignete geophysikalische Methoden zur Ersterkennung und Erkundung solcher Leckagen müssen zur Überwachung von Standorten vorgehalten werden, noch bevor eine Leckage auftritt.

 AP 3.3 untersucht daher:

  • Welche geologischen Parameter steuern die Ausbreitung der Gase und des Salzwassers in oberflächennahen Grundwasserleitern?
  • Wie groß können Gasphasenkörper oder Salzwasserintrusionen in oberflächennahen Grundwasserleitern werden und welche Geometrie haben sie?
  • Welche geochemischen Veränderungen können die Gase im Grundwasser verursachen und wie breiten sich diese Veränderungen aus?
  • Welche geophysikalischen Messmethoden sind zur Ersterkennung und zur detaillierten Untersuchung von Leckagen geeignet?

 

Die geplanten Untersuchungen werden ausschließlich mit Hilfe numerischer Modelle durchgeführt. Mit dem Simulationsprogramm TOUGH2 wird die Ausbreitung von Gasen und salinem Wasser in einfachen Szenarien untersucht.

 

Abb. 1: Gasausbreitung in einer realitätsnahen geologischen Struktur

 

Abb. 2: Ausbreitung von Salzwasser in einer virtuellen eiszeitlichen Rinne

 

Eine Variation der geologischen Parameter zeigt, welche Parameter die Gas- / Salzwasserausbreitung beeinflussen und daher an realen Standorten besonders sorgfältig ermittelt werden müssen. AP 1.2 liefert geologische Strukturen und Parameter für die wenigen Standorte in Schleswig-Holstein, deren Geologie detailliert untersucht wurde. An einem dieser Standorte wird die Ausbreitung von Gasen simuliert, um typische Ausbreitungsmuster zu erkennen. Geochemische Veränderungen aufgrund gelöster Gase werden mit dem Programm OpenGeoSys (AP 2.1, AP 2.2, AP 2.3) simuliert.

Die Simulationsergebnisse werden der Arbeitsgruppe Geophysik übergeben. Durch Vorwärts-Simulationen wird nachgebildet, welches Ergebnis unterschiedliche Messmethoden liefern würden. Der Vergleich mit der ursprünglich ermittelten Verteilung der Gase oder des salinen Wassers zeigt, welche Messmethode besonders geeignet ist, um Gase oder salines Wasser zumindest unter den idealisierten Verhältnissen des Modells gut zu detektieren.

 

Abb. 3: Detektion der Salzwasserintrusion in der virtuellen eiszeitlichen Rinne mit unterschiedlichen elektromagnetischen Methoden

 

Abb. 4: Detektion der Salzwasserintrusion in der virtuellen eiszeitlichen Rinne mit Seismik