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Geotherm1 (Grdl., Oberflächennahe Geoth, Hydrothermale Syst. zur Wärmevers.) Flashcards

1
Q

Geothermie/Erdwärme

Es kann abhängig von der Tiefe unterschieden werden in: ??

A

Oberflächennahe Geothermie (/Erdwärme)
-> 1 - 400m (in DE Systeme bis 100m!)

Tiefe Geothermie (/Erdwärme)
-> > 400m

(Achtung die Grenze (in m) kann sich von Land zu Land unterscheiden)

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2
Q

Die Oberflächennahe Geothermie (/Erdwärme) wird durch Speicherung von Solarenergie beeinflusst.

Wahr/Falsch?

A

Wahr

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3
Q

Merke/Beschrifte Abbildung slide 4

A

…

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4
Q

Zusammensetzung der Erde

In welche Bereiche kann unterteilt werden? (3)

A

Kern
-> innerer Kern (fest)
-> äußerer Kern (flüssig)

Mantel

Lithosphäre (Kruste und teils oberer Mantel)

(Mantel und Lithosphäre überschneiden sich halb)

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5
Q

Zusammensetzung der Erde

Beschrifte slide 5 komplett!

A

…

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6
Q

Zusammensetzung der Erde

In welchem Bereich befindet man sich mit allen geothermischen Systemen?

A

Erdkruste (0-100km)
–> gehört zur Lithosphäre

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7
Q

1) Die Tiefe Geothermie wird nur von was gespeist?

2) Die Oberflächennahe Geothermie wird von was gespeist?

A

1) Erdwärmestrom

2) Sonneneinstrahlung und Erdwärmestrom

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8
Q

Oberflächennahe Geothermie

Der Einfluss der Sonne beschränkt sich auf ca. die ersten 10 bis 20 Meter Tiefe.

Je tiefer, desto weniger solare Wärme ist spürbar und desto größer wird der Teil des Erdwärmestroms.

A

…

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9
Q

Temperatur Profil
-> siehe slide 6+7

A

…

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10
Q

Temperatur Profil

Sonneneinstrahlung erzeugt Wärme an der Oberfläche.

1) Die Untergrundtemperatur ist abhängig von was?

2) Die Temperatur ist abhängig von was?

A

1) Jahreszeit

2) Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität des Bodens

(slide 7!)

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11
Q

Temperatur Profil

An unterschiedlichen Standorten liegen unterschiedliche Temperaturverläufe in der Erdschichtung vor.

Wahr/Falsch?

A

Wahr
-> siehe slide 8!!

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12
Q

An unterschiedlichen Standorten liegen unterschiedliche Temperaturverläufe in der Erdschichtung vor.

Am Ende landen natürlich aber alle Standorte im Kern mit einer Temperatur von?

A

etwa 6000°C

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13
Q

Wärmequellen im Untergrund

Was ist der Ursprung der Erdwärme?

A

Wärme aus der Zeit der Erdentstehung
–> Akkretionswärme: (Entstand durch eine Kontraktion von Gas, Staub und Steinen vor 4,5 Mil. Jahren. Diese Energie wurde in Wärme umgewandelt, die meiste strahlte in den Raum)

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14
Q

Nenne zwei Wärmequellen im Untergrund

A

Akkretionswärme (Wärme aus der Zeit der Erdentstehung)

Radiogene Wärmeproduktion (Wärmerzeugung durch radioaktiven Zerfall von Uran, Thorium und Kalium)

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15
Q

Welche Systeme von Erdwärme Einlagerung können unterschieden werden? (bzw. welche Klassifizierung von Erdwärme Einlagerung gibt es) (3)

A

Hydrogeothermische Niederdrucklagerstätte

Hydrogeothermische Hochdruckeinlagerungen

Hot dry Rock

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16
Q

Erdwärme Einlagerung - Hydrogeothermische Niederdrucklagerstätte

1) umfasst was?

2) Tritt wo auf?

A

1)
Warmes (< 100°C) bis heißes Wasser (> 100°C, feuchter Dampf)

Heiße und trockene Dampfeinlagerungen (100 - 250°C)

2)
in Felssporen (als Wasser oder Dampf)

in Aquifer oder Dampf tragenden Gesteinsschichten

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17
Q

In Deutschland findet man hydrogeothermische Niederdrucklagerstätten ab ?(1)? m mit einer Temperatur von ca. ?(2)? °C

A

(1) 3000m

(2) 60-120°C
-> höhere Temperaturen befinden sich nur in Arealen mit tektonischen Besonderheiten

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18
Q

Erdwärme Einlagerung - Hydrogeothermische Hochdruckeinlagerungen

Was ist eingelagert?

A

Heißes Wasser mit Gas (Methan), das unter hohem Druck steht

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19
Q

Erdwärme Einlagerung

Hot dry Rock hat ein sehr hohes Potential weltweit.

Wahr/Falsch?

A

Wahr

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20
Q

Erdwärme Einlagerung - Hot dry Rock

Was versteht man unter Hot dry Rock Systemen?

A

Trockene Gesteinsschichten, die in Tiefen ab etwa 3000 - 5000m lagern
-> Schichten mit zu wenig Wasser Wasser im heißen Trockengestein
-> Wasser muss also von der Oberfläche hinein gespritzt werden

(heute sind Bohrungen bis 10.000m technisch möglich)

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21
Q

Heute sind Bohrungen bis ?? m technisch möglich.

A

10.000

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22
Q

Nenne drei Systeme der oberflächennahen Geothermie! (bzw. Konfigurationen der oberflächennahen Geothermie)

A

Erdwärmekollektoren

Rohre in Gräben

Erdwärmesonden

Grundwasserbrunnen

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23
Q

Oberflächennahe Geothermie

Nutzung der Wärmeenergie aus einer Tiefe von bis zu?

A

100m

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24
Q

Oberflächennahe Geothermie

Wovon ist das Energieangebot abhängig?

A

von der Sonneneinstrahlung

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25
Oberflächennahe Geothermie Die höchste Temperatur wird wann erreicht?
im Spätsommer
26
Oberflächennahe Geothermie Zur Erhöhung der nutzbaren Temperatur wird was eingesetzt?
Wärmepumpe
27
Oberflächennahe Geothermiesysteme - Erdwärmesonden Skizziere die Konfiguration!
Lösung auf slide 14!
28
Oberflächennahe Geothermiesysteme - Erdwärmesonden Beschreibe die Konfiguration!
- senkrechte Rohre bis zu 100m tief - saisonal unabhängig (aufgrund der hohen Tiefe)
29
Oberflächennahe Geothermiesysteme - Erdwärmesonden Nutzung der Energie aus Tiefen bis zu ?(1)? direkte aus dem Boden Temperaturdifferenz zwischen Ein- und Auslass ca. ?(2)? Unabhängig von ?(3)? aufgrund ?(4)?
(1) 100m (2) 5°C (3) der Saison (4) der hohen Tiefe
30
Oberflächennahe Geothermiesysteme - Erdwärmesonden Was sind die Bestandteile? (2)
Wärmetauschrohre aus HDPE (Polyethylen hoher Dichte) Energieträger aus Wasser und Salz
31
Oberflächennahe Geothermiesysteme - Erdwärmesonden Warum werden Energieträger aus Wasser und Salz verwendet?
Um Einfrieren zu verhindern
32
Oberflächennahe Geothermiesysteme - Erdwärmesonden Was sind drei übliche Rohrtypen, die Einsatz finden?
U-Rohr Doppel U-Rohr Koaxialrohr (aus HDPE -> Polyethylen hoher Dichte)
33
Oberflächennahe Geothermie - Erdwärmesonden Zeichne den Querschnitt eines U-, Doppel U- und Koaxialrohr. Kennzeichne außerdem den Einlass (kalte Flüssigkeit) und Auslass (warme Flüssigkeit)
siehe Lsg. slide 15!
34
Oberflächen Geothermie - Erdwärmesonden Spezifische Entzugsleistung für Erdwärmesonden in kleineren Anlagen für verschiedene Volllastbenutzungsstunden. -> siehe slide 16!
...
35
Oberflächen Geothermie - Erdwärmesonden Spezifische Entzugsleistung für Erdwärmesonden in kleineren Anlagen für verschiedene Volllastbenutzungsstunden. Festgestein-Untergrund hat höhere Entzugsleistungen als trockene Lockergesteine. Wahr/Falsch?
Wahr -> siehe slide 16
36
Oberflächen Geothermie - Erdwärmesonden Spezifische Entzugsleistung für Erdwärmesonden in kleineren Anlagen für verschiedene Volllastbenutzungsstunden. Ordne die folgenden einzelnen Gesteine anhand ihrer Entzugsleitung: Kies, Sand, trocken Kies, Sand, starker Grundwasserfluss (für Einzelanlagen) Kies, Sand, wasserführend
Kies, Sand, trocken < Kies, Sand, wasserführend < Kies, Sand, starker Grundwasserfluss (für Einzelanlagen) Weil bei starken Grundwasserfluss ständig Wasser mit der natürlichen Untergrundtemperatur vorbei fließt an den Erdwärmesonden, sodass fast keine Abkühlung des Erdbodens stattfindet.
37
Oberflächennahe Geothermie - Erdwärmesonden Bei ?(1)? Volllastbenutzungsstunden im Jahr können höhere Entzugsleistungen erreicht werden als bei ?(2)? Volllastbenutzungsstunden im Jahr. Der Grund ist die ?(3)?
(1) weniger (2) höheren (3) Auskühlung des Bodens (bei starkem Grundwasserfluss Effekt kaum vorhanden, weil kontinuierlich Wärme nachgeführt wird)
38
Oberflächennahe Geothermiesysteme - Grundwasserbrunnen Skizziere die Konfiguration/das System!
Lösung siehe slide 17
39
Oberflächennahe Geothermiesysteme - Grundwasserbrunnen Es handelt sich primär um Grundwasserbrunnen Häufig in Doubletten-System, bestehend aus?
einem Schluck- und einem Förderbrunnen
40
Oberflächennahe Geothermiesysteme - Grundwasserbrunnen Häufig in Doubletten-System, bestehend aus einem Schluck- und einem Förderbrunnen. Warum müssen der Schluck- und der Förderbrunnen einen ausreichend großen Abstand zueinander besitzen?
um thermische Rückkopplung zu vermeiden
41
Oberflächennahe Geothermiesysteme - Grundwasserbrunnen Was bildet sich nach einer gewissen Betriebszeit aus?
Wärme- und Kälteblasen
42
Oberflächennahe Geothermiesysteme - Grundwasserbrunnen Nenne Nachteile eines solchen Systems! (3) Nenne einen Vorteil!
Nachteile: - Hohe Installationskosten - Einschränkungen hinsichtlich der Verfügbarkeit der Wärmequelle -> ausreichend ergiebige Grundwasserleiter (Aquifere) mit geeigneter Wasserqualität in nicht zu großer Tiefe nicht überall vorhanden - regionale wasserrechtliche Bedingungen bilden eine weitere Einschränkung Vorteil: - unabhängig von der Jahreszeit
43
Oberflächennahe Geothermiesysteme - Grundwasserbrunnen Wovon hängt die Kapazität ab?
vom extrahierbaren Massenstrom (Q = mPunkt * cp * deltaT)
44
Oberflächennahe Geothermiesysteme - Erdwärmekollektoren Skizziere die Konfiguration!
siehe Abbildung slide 19!
45
Oberflächennahe Geothermiesysteme - Rohre in Gräben Skizziere die Konfiguration!
siehe Abbildung slide 19!
46
Oberflächennahe Geothermiesysteme - Erdwärmekollektoren (Rohre in Gräben ist ein sehr ähnliches Konzept) 1) Was wird als Wärmequelle genutzt? 2) Was sind wesentliche Bauteile? (2)
1) unterirdischer Boden 2) Austauschrohre aus PVC, Wassersalzlösung im geschlossenen System
47
Oberflächennahe Geothermiesysteme - Erdwärmekollektoren (Rohre in Gräben ist ein sehr ähnliches Konzept) 1) In welcher Tiefe liegen die Rohre? 2) Wie verändert sich die Wärmeleitfähigkeit im Jahresverlauf? Was ist im Winter notwendig?
1) in bis zu 2m Tiefe 2) Im Winter sehr geringe Wärmeleitfähigkeit (durch trockenen Boden, sehr niedrige Temp) Im Herbst/Frühling höhere Feuchtigkeit des Boden -> Höhere Wärmeleitfähigkeit
48
Oberflächennahe Geothermiesysteme Nenne zwei Nachteile und einen Vorteil von Erdwärmekollekoren und Rohren in Gräben!
Nachteile - abhängig von der Jahreszeit (Erdwärmesonden und Grundwasserbrunnen hingegen nicht) - nicht als alleinige Wärmequelle für effiziente Einfamilienhäuser ausreichend (Erdwärmesonden und Grundwasserbrunnen hingegen schon) Vorteile: - preiswerter als Erdwärmesonden und Grundwasserbrunnen
49
1) Für effiziente Einfamilienhäuser können welchen oberflächennahen Geothermiesystemen als ALLEINIGE Wärmequellen realisierbar sein? 2) Welche dagegen nicht?
1) Erdwärmesonden und Grundwasserbrunnen 2) Erdwärmekollektoren, Rohre in Gräben (mit z.B. einer Wärmepumpe zu verbinden)
50
Oberflächennahe Geothermiesysteme - Erdwärmekollektoren Beschreibe die Konfiguration!
- horizontale Rohre knapp unterhalb des Erdbodens - stark saisonal abhängig
51
Nenne Systeme der tiefen Geothermie! (bzw. Konfigurationen der oberflächennahen Geothermie)
Hydrothermale Systeme (Zwei-Loch-System) Tiefensonden Hot-Dry-Rock Systeme
52
Tiefe Geothermie - Hydrothermale Systeme (Zwei Loch System) Beschreibe das Verfahren kurz!
Wasser wird aus einer wasserführenden Schicht mit hoher Temperatur gepumpt. Meistens ist T < 100°C Die entzogene Energie wird meistens zum Heizen verwendet. (-> nicht für Einfamilienhaus, sondern für ganze Siedlungen)
53
Tiefe Geothermie - Hydrothermale Systeme (Zwei-Loch-System) Skizziere Abbildung slide 22! -> Beschrifte auch (mit HIlfe von slide 21) -> Beachte auch die vers. Varianten (slide 23)
...
54
Tiefe Geothermie - Hydrothermale Systeme (Zwei-Loch-System) Es gibt verschiedene Varianten von Zwei-Loch-Systemen (Möglichkeiten der Erdwärmegewinnung): -> siehe slide 23!!
...
55
Bei der oberflächennahen Geothermie ist es möglich nur einen Förderbrunnen zu haben und das Wasser dann z.B. in einen nahe gelegenen Fluss einzuleiten. Ist dies bei der tiefen Geothermie ebenfalls möglich?
NEIN -> es benötigt immer einen Förder- und einen Schluckbrunnen (bzw. Injektionsbrunnen)
56
Tiefe Geothermie - Hydrothermale Systeme (Zwei-Loch-System) Nenne Vor- und Nachteile (2) eines Zwei-Loch-Systems mit gekrümmten Bohrungen! (so wie in Abbildung rechts oben auf slide 23 dargestellt)
Vorteile: - überirdischer benötigter Platz geringer Nachteile: - sehr aufwendig - sehr teuer -> man versucht insgesamt gekrümmte Bohrungen im besten Fall zu umgehen (außer zum Teil bei Flächenmangel)
57
Tiefe Geothermie - Hydrothermale Systeme (Zwei-Loch-System) Funktionsprinzip des Abpumpens im geothermischen Fluidkreis Beschreibe!
Wasser wird über Fördersonde gefördert Dann werden in einem Grobfilter mitgerissene Steine, Sand etc. herausgefiltert Dann gelangt das Wasser in den Wärmeübertrager Nach dem Wärmeübertrager gelangt es in die Injektionspumpen, wo wieder der Druck aufgebaut wird, um das Wasser über die Injektionssonde zurück zu injizieren. Zwischen Injektionspumpen und Injektionssonde befindet sich noch ein feinmaschiger Filter für Sand Siehe mit Schema slide 24
58
Beschrifte slide 24 !!
...
59
Tiefe Geothermie - Hydrothermale Systeme - Bohrung Beschrifte slide 25!!
...
60
Tiefe Geothermie - Hydrothermale Systeme - Bohrung Wozu wird der Drehtisch benötigt?
zur Durchführung der Rotation des Bohrgestänges Zur Einführung von Bohrgestänge (-> hat Mechanismus, welcher Bohrgestänge festhalten kann und mit steigender Tiefe/voranschreitender Bohrung wird dann immer ein weiteres Bohrgestänge hereingebracht und miteinander verschraubt)
61
Tiefe Geothermie - Hydrothermale Systeme - Bohrung Wie gelangt das abgetragene Material aus der Bohrung hinaus?
Geschieht durch Spülwasser. Dieses wird unter hohem Druck in die Bohrung herein- und durch den hohen Druck auch wieder heraus gepresst. Übertage wird das Spülwasser dann wieder vom Abrieb getrennt, um erneut genutzt werden zu können.
62
Tiefe Geothermie - Hydrothermale Systeme - Bohrung Herkömmliche Bohranlage für Tiefen > 3000m sind schwere Konstruktionen. Turmhöhen im Bereich 40-60m. Beinhalten Tanks, Pumpen, Rohrleitungen zum Umwälzen von Bohrschlamm Schwere Motoren mit bis zu mehreren MW Stromverbrauch werden für was benötigt?
für die Schlammumwälzpumpen, den Drehtisch und die Winde (siehe auch Abbildung slide 26+27)
63
Bohrmeißel -> Abb. slide 27
...
64
Tiefe Geothermie - Hydrothermale Systeme (Zwei-Loch-System) Nach dem Bohren der erste ?(1)? m wird das Standrohr eingesetzt und ?(2)?. Großer Durchmesser von 24-30 Zoll verleiht dem Bohrloch und dessen Kopf ?(3)? Nach weiteren 30-100m wird das ?(4)? einzementiert. -> Solide Grundlage -> Schützt Grundwasserleiter vor Verunreinigungen
(1) 15m (2) zementiert (3) strukturelle Unterstützung (4) Leitrohr
65
Tiefe Geothermie - Hydrothermale Systeme (Zwei-Loch-System) -> siehe Abb. slide 29 mit Standrohr und Leitrohr
...

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