Como as temperaturas derivadas de modelos de fluxo de fluidos e transporte de calor afetam as previsões do potencial geotérmico profundo: o método do “calor no local” aplicado a Hesse (Alemanha)
APLICAÇÕES GEOTÉRMICAS DE MÉDIA A GRANDE COMPLEXIDADE
Nora Koltzer, Judith Bott, Kristian Bär, Magdalena Scheck-Wenderoth (2023). How temperatures derived from fluid flow and heat transport models impact predictions of deep geothermal potentials: the “heat in place” method applied to Hesse (Germany). Springer Nature – Geothermal Energy, Volume 11, article number 2, (2023) – (link)
Título
How temperatures derived from fluid flow and heat transport models impact predictions of deep geothermal potentials: the “heat in place” method applied to Hesse (Germany)
(Como as temperaturas derivadas de modelos de fluxo de fluidos e transporte de calor afetam as previsões do potencial geotérmico profundo: o método do “calor no local” aplicado a Hesse (Alemanha))
Resumo
One key aspect in the energy transition is to use the deep geothermal energy stored in sedimentary basins as well as in igneous and metamorphic basement rocks. To estimate the variability of deep geothermal potentials across different geological domains as encountered in the Federal State of Hesse (Germany), it is necessary to understand the driving processes of fluid flow and heat transport affecting subsurface temperature variations. In this study, we quantify the stored energy in a set of geological units in the subsurface of Hesse with the method of “heat in place” (HIP, sensu Muffler and Cataldi in Geothermics 7:53–89, 1978)—HIP is one proxy for the geothermal potential of these units controlled by their temperature configuration as derived from a series of coupled 3D thermo-hydraulic numerical models. We show how conductive, advective and convective heat transport mechanisms influence the thermal field and thereby the HIP calculations. The heterogeneous geology of the subsurface of Hesse ranges from locally outcropping Paleozoic basement rocks to up to 3.8 km thick Cenozoic, porous sedimentary deposits in the tectonically active northern Upper Rhine Graben. The HIP was quantified for five sedimentary layers (Cenozoic, Muschelkalk, Buntsandstein, Zechstein, Rotliegend) as well as for the underlying basement. We present a set of maps allowing to identify geothermally prospective subregions of Hesse based on the laterally varying thermal energy stored within the units. HIP is predicted to be highest in the area of the northern Upper Rhine Graben in the Cenozoic unit with up to 700 GJ m-2 and in the Rotliegend with up to 617 GJ-2. The calculations account for the variable thicknesses and temperatures of the layers, density and heat capacity of the solid and fluid parts of the rocks as well as porosity.
TRADUÇÃO LIVRE
Um aspecto fundamental na transição energética é a utilização da energia geotérmica profunda armazenada em bacias sedimentares, bem como em rochas ígneas e metamórficas do embasamento. Para estimar a variabilidade dos potenciais geotérmicos profundos em diferentes domínios geológicos, como os encontrados no estado federal de Hesse (Alemanha), é necessário compreender os processos que impulsionam o fluxo de fluidos e o transporte de calor, afetando as variações de temperatura no subsolo. Neste estudo, quantificamos a energia armazenada em um conjunto de unidades geológicas no subsolo de Hesse com o método de “calor no local” (HIP, sensu Muffler e Cataldi em Geothermics 7:53–89, 1978) — o HIP é um indicador do potencial geotérmico dessas unidades, controlado por sua configuração de temperatura, derivada de uma série de modelos numéricos termohidráulicos 3D acoplados. Mostramos como os mecanismos de transporte de calor por condução, advecção e convecção influenciam o campo térmico e, consequentemente, os cálculos do HIP. A geologia heterogênea do subsolo de Hesse varia de rochas paleozóicas aflorantes localmente a depósitos sedimentares porosos cenozóicos com até 3,8 km de espessura na fossa tectônica ativa do norte do Alto Reno. O HIP foi quantificado para cinco camadas sedimentares (Cenozóico, Muschelkalk, Buntsandstein, Zechstein, Rotliegend), bem como para o embasamento subjacente. Apresentamos um conjunto de mapas que permitem identificar sub-regiões geotérmicas promissoras de Hesse com base na energia térmica lateralmente variável armazenada nas unidades. Prevê-se que o HIP seja mais elevado na área do norte do Graben do Alto Reno, na unidade cenozóica, com até 700 GJ m-2, e no Rotliegend, com até 617 GJ-2. Os cálculos levam em consideração as espessuras e temperaturas variáveis das camadas, a densidade e a capacidade térmica das partes sólidas e fluidas das rochas, bem como a porosidade.
Artigo publicado no site Springer Nature – Geothermal Energy Journal.
