Zeitschrift für Geologie und Geophysik
Offener Zugang

Abstrakt

Machbarkeitsstudie zur geophysikalischen Überwachung erneuerbarer Gasenergie aus Porenspeichern

Hagrey SA, Kohn D, Wiegers CE, Schafer D, Rabbel W

Die meisten erneuerbaren Energiequellen sind intermittierend und benötigen Pufferspeicher (z. B. Druckluftspeicher, CAES), um die Zeitspanne zwischen Stromversorgung und Bedarfsspitzen zu überbrücken. Der Ersatz von Porensole durch CAES führt zu Änderungen der elektroelastischen Eigenschaften und der Dichte und rechtfertigt die Anwendung eines multigeophysikalischen Ansatzes. In dieser numerischen Studie wenden wir Techniken der elastischen Vollwellenforminversion (FWI), der elektrischen Widerstandstomographie (ERT), der transienten elektromagnetischen Induktion (TEM) und der Schwerkraft an, um CAES in tiefen Reservoiren und möglichen Leckagen in flachen Grundwasserleitern in Norddeutschland zu erkennen und zu überwachen. Für verschiedene Untergrundmodellszenarien von CAES-Reservoirs und Leckagen werden synthetische Datensätze generiert und unter Verwendung von Einschränkungen des ursprünglichen Modells invertiert. Die Ergebnisse zeigen vor allem die Fähigkeit unseres angewandten Ansatzes, die CAES-Fahne in tiefen salzhaltigen Reservoirs und flachen Grundwasserleitern aufzulösen. Die ERT-Auflösung für Leckagen ist für die kombinierte Oberflächen-Bohrlochuntersuchung im Vergleich zu den einzelnen Oberflächen- und Bohrlochuntersuchungen stark verbessert. Die angewandte Schwerkrafttechnik reagiert sehr empfindlich auf das durch die CAES-Fahne verursachte Massendefizit. Die Nachweisgrenze der Technik wird durch das geringste CAES-Volumen bestimmt, das eine Anomalie mit einer Amplitude verursacht, die knapp über dem Genauigkeitsbereich moderner Mikrogravimeter liegt. Die FWI-Technik kann die oberflächennahe CAES-Leckage durch Anomalien in den rekonstruierten ΔVp-, ΔVs- und Δdb-Tomogrammen innerhalb des Hintergrundgrundwasserleiters abbilden. Diese Tomogramme enthalten jedoch Inversionsartefakte und Schmiereffekte, die hauptsächlich auf die Dominanz der Rayleigh-Welle in den Daten zurückzuführen sind. Offensichtlich ergänzen und bestätigen sich angewandte Multitechniken gegenseitig. CAES-Fahnen verursachen starke Massendefizite und moderate Widerstandsspitzen und sind daher empfindlicher für Schwerkraft- und FWI-Methoden. Die Anwendung einer eingeschränkten Inversion minimiert Interpretationsmehrdeutigkeiten und hilft bei der Wiederherstellung nahezu realistischer elektroelastischer Parameter, die in geeigneten petrophysikalischen Gleichungen angewendet werden können, um CAES-Sättigungen zu quantifizieren.