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Alternative Energietechniken > VL 11 - Geothermie > Flashcards

VL 11 - Geothermie Flashcards

1
Q

Wie unterscheiden sich die Schalen der Erde?

A

in chemischer Zusammensetzung und Dichte.

- Dichte und Temperatur nehmen von außen nach innen zu.

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2
Q

Aufbau der Erde

A

Erdkruste 0 - 35 km
oberer Mantel 35 - 660 km (300-3500°C)
unterer Mantel 660 - 2900 km
Erdkern 2900-6371 km (3000 - 5000°C)

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3
Q

Temperaturgradient in der Erdkruste

A

3K / 100m

in vulkanischen Gebieten 10-20K / 100m

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4
Q

Geothermische Lagerstättenarten

A

Hochenthalpie Lagerstätten

Niederenthalpie Lagerstätten

Oberflächennahe Geothermie

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5
Q

Hochenthalpie Lagerstätten

A

Wärmeanomalie in vulkanischen Gebieten.
–> Kennzeichnung: Heißwasser und Dampf in niedrigen Tiefen

  • wichtigsten Nutzungsart bei der geothermischen Stromerzeugung
  • abgekühlte Fluide werden wieder in die Lagerstätte zurückinjiziert.
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6
Q

Warum werden bei Hochenthalpie-Lagerstätten die Fluide in die Lagerstätte zurückinjiziert?

A
  • Vermeidung von Umwelteinwirkungen von schwefelhaltigen Fluiden
  • Aufrechterhalten des Druckniveaus in der Lagerstätte
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7
Q
  1. Arten von Hochenthalpie-Lagerstätten
A
  1. dampf- oder wasserdominiert
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8
Q

Entnahmenarten bei Hochenthalpie-Lagerstätten

A
  • Direktentspannung: direkte Entnahme von Wasserdampf.
  • Entspannungsverdampfung (Flash Verdampfung): Entnahme von flüssigem Wasser unter hohem Druck, Verdampfung durch Druckabsenkung vor der Turbine; auch mit 2 Entspannungsstufen (Double-Flash-Prozess)

Skizzen Folie 7

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9
Q

Niederenthalpie-Lagerstätten

A
  • Hot-Dry-Rock-Verfahren: bis 10 MW Wärme, bis 5 MW Strom, bis 5000 Tiefe, 150-200°C
  • hydrothermale Systeme: bis 5 MW Wärme, bis 0,25 MW Strom, bis 4000 m Tiefe, Temperaturen 40-150°C
  • tiefe Erdwärmesonden: bis 300 kW Wärme, Tiefe bis 3000 m, Temperaturen 40-100°C
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10
Q

Tiefe Erdwärmesonden

A

Geschlossener Wärmeträger-Kreislauf

  • Wärmeträgerfluid: Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel (Sole), in wasserwirtschaftlich sensiblen Gebieten nur Wasser
  • technische Anbindung: Wärmepumpe
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11
Q

Sondensysteme bei tiefen Erdwärmesonden

A
  • U-Rohr / Doppel-U-Rohr (Kunststoff)
  • Koaxialsonden (Rücklauf innerhalb des Vorlaufs)
  • CO2-Sonden (CO2 als Wärmeträgerfluid, Metallrohr notwendig)
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12
Q

Thermal Response Test

A

heißes Wasser zirkuliert bis zu 72 Stunden im Sondenkreislauf.

Vor-/Rücklauftemperatur gibt Information über Wärmeleitfähigkeit des Untergrunds, Wärmeübergangswiderstand des Bohrlochs

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13
Q

Hydrothermale Systeme

A

Nutzung von heißem Wasser aus Grundwasserleitern (Aquifer)

Förder- und Injektionsbohrung (Dublette)
- Bohrungen errichen bis 4000 m und laufen in zunehmender Tiefe auseinander.
Tauchpumpe fördert das heiße Wasser nach oben.
Förderkreislauf steht unter Druck, um Ausfällungen von Mineralien zu vermeiden

  • technische Anbindung: Wärmeübertrager oder Wärmepumpe in eine Kraftwerksprozess oder in ein Fernwärmenetz
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14
Q

Hot-Dry-Rock-Verfahren

A

Grundprinzip: Erdreich als großer Wärmeübertrager (offener Wasserkreislauf)
Bis 6000 m Tiefe

  1. Einpressen von Wasser unter hohem Druck (Stimulation)
  2. Gesteinsrisse weiten sich, neue bilden sich.
  3. Einpressen von Wasser verändert Spannungszustand im Gestein.
    Unabhängig von Wasser- oder Dampfvorkommen
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15
Q

Risiken bei Hot-Dry-Rock-Verfahren

A
  • Entstehung von Mikro-Erdbeben während Stimulationsphase

- Durchstoßung von abdichtenden Gesteinsschichten mit der Folge, dass Grundwasser sich in andere Schichten ausbreitet

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16
Q

Ökonomische Risiken der Geothermie

A
  • Umsetzungsrisiko: Nichtrealisierung des Bohrlochs oder der technischen Installation unter Tage
  • Fündigkeitsrisiko: Thermalwasser hat nicht das erwartete Temperaturniveau oder liegt in nicht ausreichender Menge vor
  • politische Risiken: Reservierung von Standorten für bspw. nukleares Endlager
17
Q

Prozesse zur Verstromung

A
  • Organik-Rankine-Cycle: etablierte und zuverlässige Technik

- Kalina-Prozess: großes Potential

18
Q

Organic-Rankine-Cycle

  • Arbeitsmedium
  • Vor- und Nachteile
  • Prozess-Schema
A

Kohlenwasserstoffe (organische Flüssigkeit) als Arbeitsmedium (Wahl des Arbeitsmediums abhängig von Prozesstemperatur)
–> Ammoniak, Ethanol, Benzol, R134a

+ hohe Verfügbarkeit
+ geringere spezifische Kosten im Vergleich zu Kalina-Anlage
- niedriger Wirkungsgrad
- Arbeitsmedien teilweise korrosiv
- speziell ausgelegte Turbinen notwendig, da Stoffeigenschaften sich unterscheiden

Skizze Folie 28

19
Q

Kalina-Prozess

  • Arbeitsmedium
  • Vor- und Nachteile
  • Anlage-Schema
A

Zweistoffgemisch (H2O und NH3, Ammoniak) als Arbeitsmedium (Mischungsverhältnis abhängig von Prozesstemperatur)

+ theoretisch höherer Wirkungsgrad als bei ORC-Anlagen

  • bestehende Anlagen mit vielen Problemen
  • höhere spezifische Kosten im Vergleich zu ORC-Anlagen

Skizze Folie 31

20
Q

Kalina-Prozess

Funktionsprinzip

A

Wärmeaufnahme und -abgabe erfolgt nicht isotherm:

  • Gemisch verdampft bei stetig steigender Temperatur und kondensiert bei stetig sinkenden Temperatur.
  • geringe Temperaturdifferenzen bei Wärmeübertragung
  • Anhebung der mittleren Temperatur der Verdampfung und Absenkung der Kondensationstemperatur –> höherer Wirkungsgrad
21
Q

Oberflächennahe Geothermie

A

Nutzung der konstanten Temperatur im Erdboden.

Tiefe: bis 100 m
Nutztemperatur: bis 25°C

22
Q

Technologien der oberflächennahen Geothermie

A

Erdkollektoren
Erdwärmesonde
Zweibrunnensystem

23
Q

Erdkollektoren

A

Flache, oberflächennahe Erdwärmenutzungssysteme

Tiefe: bis 5 m
Rohrlänge: bis zu einigen 100 m
Auslegungsvarianten:
- Flächenkollektor; bis 2 m Tiefe, hoher Flächenbedarf
- Erdwärmekorb: bis 5 m Tiefe, kegelförmig gewickelte Sondenrohre

24
Q

Erdwärmesonde

A

Tiefe bis zu 100 m

Füllung der Bohrung mit speziellem Mörtel (Hinterfüllung)

Ausführungen: einfaches oder Doppel-U-Rohr, Koaxialsonden, CO2-Sonden

25
Q

CO2-Sonden

A

CO2 steht unter Druck und verdampft im Rohr, gasförmiges CO2 steigt auf.

keine Umwälzpumpe notwendig

26
Q

Zweibrunnensystem

A

Prinzip: Grundwassertemperatur über Jahresverlauf weitgehend konstant.

  • Saugbrunnen: Förderung von warmem Wasser
  • Sickerbrunnen: Rückeinspeisung des abgekühlten Wassers

hohe Leistungszahl der Wärmepumpe

  • teure und aufwendige Bohrung/Installation
  • es kann zu Ausfällungen im Grundwasser kommen
  • genehmigungspflichtige Anlage

Alternative Energietechniken (9 decks)

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