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Pressemeldung von TU Bergakademie Freiberg

Erdwärmesonden optimieren mit Software ModEW

Erdwärmesonden Software ModEW


Sowohl für die oberflächennahe als auch für die tiefe Erdwärmegewinnung stellen die Bohrkosten den größten Teil der Gesamtinvestition dar. Deshalb ist der sparsame „Umgang“ mit den erforderlichen Bohrmetern (Bohrlochtiefe) eine wesentliche Voraussetzung für die kostengünstige Projektierung und die Optimierung des Betriebes dar.
Das Institut für Bohrtechnik und Fluidbergbau der TU Bergakademie Freiberg hat im Auftrage der IBeWa Ingenieurpartnerschaft für Bergbau, Wasser und Deponietechnik Wilsnack & Partner, Freiberg, der BLZ Geotechnik Gommern und der DGMK (stellvertretend für die Unternehmen ExxonMobil Deutschland, RWEDea, Gaz de France Exploration/Produktion Deutschland u.a.) das Simulationsprogramm ModEW (Modell zur ErdWärmegewinnung) entwickelt, das auf PC lauffähig ist.
Die Software beschreibt die Gewinnung von geothermischer Energie nach
• dem Zirkulationsverfahren mit Wasser und anderen Flüssigkeiten,
• dem Direktverdampferverfahren mit Ammoniak, Propan (zukünftig auch CO2 und Äthan).
Das Programm ist für Zylinderkoordinaten (r-z-Geometrie) geschrieben und kann sowohl eine konzentrische Rohranordnung als auch eine U-Rohranordnung in der Sonde berechnen. Die mathematische Lösung erfolgt nach der Bilanzmethode (finite Differenzenmethode). Die Erfassung eines ganzen Erdwärmesondenfeldes soll in Zukunft durch Superposition der Ergebnisse vorgenommen werden.

Folgende thermodynamische und andere Prozesse sind im Programm erfasst:
• stationäre/instationäre Wärmeleitung zur Sonde,
• Thermodynamik der Verdampfung/Kondensation in der Sonde, einschl. Verdampfungsenthalpie
• Gefrieren/Auftauen des Porenwassers einschl. Erstarrungsenthalpie,
• Konvektiver Wärmetransport und Wärmeleitung in der Sonde und Druckverluste in den Rohren der Sonde,
• Zeitliche Steuerung der Anlage im stündlich vorgegebenen EIN-AUS Betrieb (veränderlich je nach Monat)
• Steuerung/Optimierung der Wärmeleistung nach geforderter Entzugsleistung oder Austrittstemperatur aus der Sonde.
Die Software kann für geologisch homogene Eigenschaften (z.B. für oberflächennahe Anlagen) input-mäßig sehr einfach betrieben werden, für inhomogene Eigenschaften und komplexe Geometrie (z.B. tiefe Erdwärmesonden) ist der Input über eine Inputmaske erleichtert.
Die Verifizierung der Software mit analytischen Lösungen, echten 3D-Wärmetransport-Simulationen und Beispielanlagen sowie die bisherigen Erfahrungen in der Anwendung haben u.a. gezeigt, dass:
• viele Anlagen überdimensioniert sind,
• der Kälte-Ausbreitungsradius praktisch nur wenige Meter um die Sonde beträgt,
• die Grundwasserströmung im Untergrund (konvektiver Wärmetransport) in allen bisherigen Fällen auch bei maximal möglicher Grundwasser-Fließgeschwindigkeit einen vernachlässigbar kleinen Einfluss auf die Leistung der Sonde hat,
• der für Heizungs- und Klimaanlagen typische EIN-AUS Tagesverlauf ein ständig instationäres (zeitveränderliches) Temperaturfeld erzwingt. Dadurch spielt das instationäre Speichervermögen des Bodens (mit seinem Porenwasser) eine große Rolle und fördert die thermische „Erholung“ des Bodens nachhaltig,
• bei Erdwärmesonden im Zirkulationsverfahren die gute thermische Isolation der Rohre wesentlich ist für die Entzugsleistung der Sonde.
Mit dieser neuen Software wurden bereits eine Reihe neuer Anlagen dimensioniert bzw. ihr Betrieb optimiert. Im gegenwärtigen Bearbeitungsstand der Software wird sie durch die IBeWa Ingenieurpartnerschaft (email: th.wilsnackibewa.de) bzw. das Institut für Bohrtechnik und Fluidbergbau der TU Bergakademie Freiberg (frieder.haefnertbt.tu-freiberg.de) im Consulting eingesetzt.
F.Häfner

Quelle: TU Bergakademie Freiberg / pressbot.net

Details zur verantwortlichen Redaktion:

Firma: TU Bergakademie Freiberg
Ansprechpartner: Frieder Häfner
Straße: Agricolastrasse 22
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Telefon: 03731392033
Fax: 03731392502

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