31. Januar 2018

H2020 call:      Novel drilling technologies need to be developed to reach cost-effectively depths in the order of 5 km and/or temperatures higher than 250° C

Our Application:   Title of Proposal

Plasma-Pulse Geo-Drilling (PPGD)    –    A novel drilling technology to reach cost-effectively depths on the order of 5 km and/or temperatures higher than 250° C.

9 Participants from Switzerland (SGP, ETH/GEG, HSR), Sweden, Slovakia

Abstract     

The objective is research and development (R&D) to reach TRL 5 of a „Plasma-Pulse Geo-Drilling (PPGD)“-device, which enables 5 km deep drilling for costs potentially up to 10 times lower than current Rotary drilling costs. This requires replacing the existing On-Surface-Pulse-Generator (OSPG) with a Down-Hole-Pulse-Generator (DHPG), because an OSPG can be used for drilling boreholes up to 300 m only. The current developments of a DHPG reach a TRL 3-4 at the best. Therefore, we propose here to develop such a DHPG to TRL 5, combining the expertise of the partners (from Sweden, Switzerland and Slovakia ) involved in this proposal, each bringing in (low-TRL-level) pulse generator knowledge. Our proposal aims at both further developing one or more DHPG technologies and to eventually determine the most promising DHPG approach for deploy­ment as centerpiece with the PPGD-device, providing deep drilling at the lowest cost. This determination will be based on evaluations and tests of PPGD with the new DHPG, drilling into hot dry rock. However, a most decisive evaluation criterion is the performance of a DHPG that enables drilling with tap-like water as drilling fluid. With the TRL 5 prototype of such  a PPGD-device, a 100 – 500 m borehole in both sedimen­tary and hard rock will be drilled. The feasibility of PPGD under high pressures (1000 bar) and tempera­tures ( > 250° C) will be tested experimentally in the lab and numerically with computer simulations.

 

18. Dezember 2017

Bewilligungsverfügung von KTI – Forschungsprojekt  28305.1 PFIW-IW 

Projektdauer:  2018 – 2020 (3 Jahre)

„Entwicklung eines kostengünstigen Tief-Bohr-Systems in Hart-Gestein“

Industriepartner: SGP    Forschungspartner:  ETH/GEG (https://geg.ethz.ch/)

Zusammenfassung

Die SwissGeoPower (SGP) wurde 2010 mit dem Ziel gegründet, die tiefe (5 km) und ultra-tiefe (bis 10 km) Geothermische Energie wirtschaftlich zu erschliessen, also Geothermische Band-Energie (24/7-Wärme/Strom) zu produzieren.

Geothermische Energie an sich ist sauber/ökologisch, da sie praktisch keine das Klima schädigende Emissionen des Treibhausgases CO2 verursacht und auch keine Rückstände (wie z.B. Atommüll) hinterlässt.

Das Vorkommen der geothermischen Energie ist prinzipiell unerschöpflich, da 1) 99% der Erde heisser als 1000°C sind, 2) der Energieinhalt eines Gesteinswürfels von 10 km Seitenlänge, 7 km tief, dem jährlichen Gesamt-Energieverbrauch der Welt entspricht und 3) der konstante radiale Wärmefluss aus dem Erdinneren diesen Gesteinswürfel stetig erhitzt.

Geothermische Energie ist daher die einzige praktisch sowohl unerschöpfliche, als auch CO2-Emissions-freie, erneuerbare Band-Energie (24/7). Zentrale Nutzungs-Voraussetzung: kostengünstiges Tief- und Ultra-Tief-Bohren.

Darum hat SGP beschlossen, ihr „Plasma-Puls“ Tief-Bohr-System bis TRL9 weiterzuentwickeln, im ersten Schritt (hier) mit ~CHF 1.5 Mio. für Untiefe (bis 300 m) Bohrungen im Granit, später, mit weiteren CHF 1.5-3 Mio. für grosse Tiefen. Schon bei 300 m tiefen Hart-Gesteins-Bohrungen gibt es interessante Business Cases (siehe „Potentielle Kunden“). Die Rechtfertigung weiterer Investitionen verlangt zwei Nachweise: 1) Machbarkeit von „Plasma-Puls“ Tief-Bohren auch bei hohen Drücken/Temperaturen, 2) Bohrlochstabilität.

Daraus resultiert unser KTI-Antrag :

Entwicklung/Bereitstellung des „Plasma-Puls“ Tief-Bohr-Systems für Untiefe (bis 300 m) Bohrungen im Granit, als Beitrag des Umsetzungspartners (SGP). Die beiden Nachweise: 1) Machbarkeit von „Plasma-Puls“ Tief-Bohren auch bei hohen Drücken/Temperaturen, 2) Bohrlochstabilität, als Beiträge des Forschungspartners (ETH).

 

Ende Mai 2017

Entscheidender  Erst-Auftrag :    Plasma-Pulse Geo-Drilling (PPGD)                                                                                               früher: Electro-Pulse-Boring (EPB)

Die SwissGeoPower Investment AG (SGP Inv)  erhält von privater Investorenseite einen CHF 1.5 Mio. Auftrag für :

  • vorerst ein  2-3 m PPGD in einer Hartgesteins-Probe und
  • anschliessendem 300 m PPGD  in Granit (im Feld, in der Schweiz)

Dies bringt den TRL (Technology Readiness Level) von PPGD  von  jetzt 5-6  auf  7.

Die SwissGeoPower Engineering AG (SGP-Eng) wird von der SGP-Inv  mit der Durchführung des Auftrags betraut.

 

17. Mai 2017

Electro-Pulse-Boring (EPB)   –   Technology Readiness Levels (TRL)

TRL  4

EPB mittels  EPB-Modell  1:5  (Benedikt Kammermann / Uetikon am See)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 10 cm EPB in Dach-Ziegel                   10 cm EPB in Granit (mit 2 Fr.-Stück)

Gebohrt wurde mit  demineralisiertem Wasser als Dielektrikum, resp. als Spülflüssigkeit.

Die Electro-Pulse-Bohrung im Dach-Ziegel benötigte 26’000 Joule = 0.0072 kWh. Dies entspricht der Energiemenge, welche zur Erhitzung von 75 ml (Espresso-Tasse) von 15° C auf 100° C benötigt wird.

Auf das Ausbruchvolumen bezogen beträgt die benötigte Energie:  300 J/cm3

 

TRL 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In Realität, d. h.  1:1 :

                  2 m EPB mit   Durchmesser 320 mm im Hartgestein

 

12. Januar 2017

Alliance for GeoPower (Arbeitstitel)

Vertreter von  1) Herrenknecht AG, Schwanau/D  2) pro-beam AG & Co, München/D  3) Linde AG, München/D  4) SwissGeoPower Engineering AG, Baden/CH  5) Dobeneck-Technologie-Stiftung, München/D  6) Universität der Bundeswehr, München, Neubiberg/D  7) Eidg. Techn. Hochsch.(ETH), Siemens-Stiftungslehrstuhl „Geothermische Energie und Geofluide“, Zürich/CH beschliessen:  eine Allianz aufzubauen zur Förderung und Entwicklung von „Low-cost Ultra-deep Drilling“ mit dem Ziel, die geothermische Wärme aus 5-10 km Tiefe wirtschaftlich zu erschliessen und zu nutzen für kostengünstige Stromproduktion,wenn immer möglich billiger als Strom aus Kohle, Öl, Gasund Atom, selbst ohne Vollkostenrechnung.

  1. Oktober 2016

Memorandum of Understanding (MoU) zur Kooperation in Lehre, Forschung und Entwicklung;  im Speziellen:   Tiefe Geothermie   und  Wasserstoff-Technologie.  Feierliche Unterzeichnung zwischen  i)  Yanxin Wang, Präsident CUG (China University of Geosciences / Wuhan) und  ii) Lino Guzzella, Präsident ETH-Zurich in Erweiterung des bestehenden MoU zwischen  iii) Hao Yiugo, General Manager, Wuhan Industrial Technology Research Institute of Geo-Resources and Environment, Ltd (IGE) und  iv) Hans-Olivier Schiegg, CEO / SwissGeoPower AG

  1. Oktober 2016

MacArthur „US$ 100Mio & CHANGE“-Ausschreibung:   Abgabetermin SGP hat sich beworben im Team mit :  i) TerraCOH/USA;  ii) GEG/ETHZ;  iii) Herrenknecht;  iv) Basler&Hofmann;  v) Farner PR Consulting;  vi) SINTEF/Norwegen. Zugang zur Eingabe:   https://www.100andchange.org/ Login:  j.griffin@terracoh-age.com PW: Terracoh$2016 ;  Dashboard  >   Application status  >   Review  (s. auch: Video, durch Hinunter-Scrollen).

Sommer / Herbst  2016

USA / China / Indien et al  wollen Begrenzung des Klimawandel auf unter 2°C :  Ratifikation der Beschlüsse der UNO-Klimakonferenz/Paris 2015 (COP21).  Konsequenz:  Ersatz von 80% des heutigen Energieverbrauchs durch erneuerbare Energien (Sonne, Wind, Wasser, Geothermie, Biomasse). Nur Geothermie (5-10 km) kann unbegrenzt Bandenergie liefern.

Juni  2016

a) Innovationspark / Zürich: SwissGeoPower AG interessiert sich / Anmeldung;  b) Spezial Kondensatoren für stärkeres EPB-Modell, evaluiert und geordert durch B.Kammermann / Prozesstechnik;  c) Kabel- (Blümlein-) Generator, statt Marx-Generator: Abklärungen mit Paul Scherrer Institut (PSI / Villigen)

April  2016

Erster, erfolgreicher Ausbruchversuch (Backstein) mittels EPB-Modell (Massstab 1:5)

Februar/März  2016

EPB – Modell (Massstab 1:5);  erstellt durch B. Kammermann Prozesstechnik / Uetikon HV – Spezial-Kabel  (1.2 Mio. Volt / 70 m), Test-Produktion  durch  Leoni / Studer AG, Däniken SO für max. 300 m  EPB-Bohrungen mittels OSPG; Funktions-Test durch: Laboratory 11, Institute of High Technology Physics (IHTP ) / Tomsk (Siberia/Russia)

September 2015

Wuhan (China):   International Center for Ultra Deep Drilling (CUDD) Vorstellung und Diskussion von Businessplan(erstellt durch SGP) und Machbarkeitsstudie (erstellt durch GEG) durch Prof. Martin O. Saar (GEG/ETH-Z) und Dr. Hans-Olivier Schiegg (CEO/SGP)

Sommer 2015

Produktions-Simulation (Geschlossenes System – Sonde);  a) analytisch:  durch die Hochschule für Technik, Rapperswil (HSR);  b) numerisch:  durch GEG (Geothermal Energy and Geofluids) / ETH-Z

17  Juli 2015

Tomsk Polytechnic University erstellt im Auftrag von SGP  On-Surface-Pulse-Generator (OSPG), sog. Swiss-Export-OSPG (600 kV; 5 kJ; 15 Hz).  Alpha-Version besteht Abnahmetest. Einigung mit Vasily M. Muratov, Head of Laboratory 11, (IHTP ), dass neu nur noch  Destilliertes/Demineralisiertes Wasser statt Oel als Bohrflüssigkeit.

  1. Juni 2015

Besuch des IGE (Wuhan / China) in der Schweiz Besuch von Direktor, Vize-Direktor und weiteren Repräsentanten des IGE (Wuhan Industrial Technology Research Institute of Geo-Resources and Environment Co.Ltd, China) in der Schweiz, bei SwissGeoPower AG und der ETH-Zürich (Prof. M. Saar, Geothermie, Institut für Geophysik; Prof. von Rohr, Spallation Drilling, Institut für Verfahrenstechnik).

  1. Mai 2015

Entwicklungsstand Plasma-Drilling / Tomsk (RU) Ein Besuch in Tomsk vom 17.-21. Mai zeigte, dass die Arbeiten zur Entwicklung des Plasma-Drillings auf gutem Wege sind. Meilenstein 1, die Bereitstellung des Marx-Generators bis zum 15. Juli 2015, scheint ungefährdet und gesichert.

  1. Dezember 2015

Plasma-Drilling-Vertrag mit dem IHTP/TPU (Russland) Die SwissGeoPower AG beauftragt das Institute of High Technology Physics (IHTP) der Tomsk Polytechnic University (TPU) im westsibirischen Tomsk / Russland zur Entwicklung eines 600 kV / 5 kJ / 15 Hz Marx-Generators und zur Durchführung von Test-Bohrungen mit dem Plasma-Drilling-Verfahren im Feld bis Ende 2015.

  1. Oktober 2014

Memorandum of Understanding (MoU) mit dem IGE/Wuhan/China Durch die gegenseitige Unterzeichnung haben am 30. Oktober 2014 das Wuhan Industrial Technology Research Institute of Geo-Resources and Environment Co.Ltd, China und die SwissGeoPower AG, Repräsentantin der International Alliance for Geo-Energy-Engineering (AGEE), ein „Memorandum of Understanding“ abgeschlossen.   Hintergrund der Vereinbarung sind die folgenden zwei, beiderseitig als grundlegend erachteten Erkenntnisse. Einerseits ist dies die auch wissenschaftlich unangefochtene Existenz des ubiquitären, geothermischen Energievorkommens in 5-10 km Tiefe und zwar in praktisch unerschöpflicher Quantität, sowie optimaler Qualität aus Sicht der Nachhaltigkeit gemäss Agenda 21 der UNO. Andererseits ist es die gemeinsame Überzeugung, dass die nachhaltige Erschliessung und Nutzung dieses Energievorkommens möglich ist und einen massgeblichen Beitrag zur Bewältigung des Klimawandels leisten kann, also unabdingbar umgesetzt werden muss. Für eine Nutzung dieses Vorkommens ohne Fracturing, also aufgrund ausschliesslich konduktiven Wärmeflusses, müssen für eine wirtschaftliche und grosskalibrige Erschliessung neue Bohrtechnologien entwickelt werden, nachdem das aus der Oel- und Gasindustrie bekannte Rotary Bohrverfahren für Tiefen von 5-10 km klar unwirtschaftlich ist. Zu diesem Zweck soll in Wuhan ein Kompetenzzentrum für Super-Tief-Bohr-Verfahren aufgebaut werden. Die weltweit besten Alternativen zum Rotary-Bohren sollen importiert oder, wenn noch nicht vorhanden, entwickelt und in gegenseitigem Vergleich ausgetestet werden. Parallel dazu sollen an der ETH-Zürich Batchelor- und Master Studiengänge zur Ausbildung in Geo-Energy-Engineering aufgebaut werden. Der rege Austausch von Studenten und Professoren zwischen der ETH und dem IGE, einem Institut der CUG (Chinese University of Geosciences) soll Theorie und Praxis verbinden, gegenseitig befruchten und von einander profitieren lassen.   3. März 2014 KOMPETENZAUFBAU IN GEOENERGIE  Die SwissGeoPower (SGP) nutzt die Möglichkeit zur Kooperation mit der Hochschule für Technik, Rapperswil (HSR) und zur Begleitung von deren Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Geoenergie. Umgehende und direkte Umsetzung der Resultate im Feld durch die Projekte der SGP ist das Ziel dieser Kooperation. Die bereits guten Erfahrungen aus dieser Kooperation reflektieren sich auch in der erfolgreichen, gemeinsamen Publikation von einerseits dem “ Weissbuch zur Energiewende“ und andererseits dem Tagungsband des Workshops „Photonics for Deep Geothermal Energy Harvesting„. Ende Januar 2014 fand das Kick-off Meeting statt für das „Swiss Competence Center in Energy Research (SCCER)  –  Supply of Electricity (SoE)“ .  Schwerpunkte des SCCER-SoE sind „GeoEnergies“ und „Hydro-Power“. Erklärtes  Ziel des SCCER-SoE  ist :  Durch mehrjährige Grundlagenforschung sollen innovative Lösungen und massgebliche Fortschritte erzielt werden zur Meisterung der Herausforderungen im Zusammenhang mit der Energie-Strategie 2050 des Bundes. Im SCCER-SoE involviert sind:  neben den beiden ETHs, sechs Universitäten, drei Fachhochschulen, verschiedene Wirtschaftspartner von Schlüsselindustrien, sowie die zuständigen Bundesstellen. Die HSR will eigene Kompetenzen aufbauen im Zukunftsbereich der Geoenergie. Dazu hat die HSR den Forschungsbereich „Verhalten von Bohrloch und Material während und nach Tiefbohrungen bis zu 10 km“ übernommen. Die theoretischen und experimentellen Grundlagen sollen zusammengetragen und gegebenenfalls erschaffen werden, um das Normverhalten (Erwartungswert), sowie die Abweichungen (Streuung, Risiko) von Bohrloch und Material modellieren und dadurch vorhersagen zu können, siehe HSR-Flyer .