AT351708B - Einrichtung zur speicherung von aus sonnen- energie gewonnener waerme oder industrieller abwaerme in oberflaechennahen erdbodenzonen - Google Patents

Description

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   Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Speicherung von aus Sonnenenergie gewonnener
Wärme oder industrieller Abwärme in oberflächennahen Erdbodenzonen zur späteren Wiederverwendung,   z. B.   für Heizanlagen, wobei sowohl zur Einleitung der Wärme in den Erdboden als auch zur späteren
Abführung derselben ein flüssiger oder gasförmiger Wärmeträger dient. 



   Die angespannte Lage auf dem Energiesektor sowie die zu erwartende weitere Verschärfung der
Energieversorgungslage zwingen zu Überlegungen, auch niedrigwertige Energieformen zu nutzen. Es wurde daher bereits vorgeschlagen (CH-PS Nr. 242125, FR-PS Nr. 910. 074), Sonnenwärme und Abwärme von Wärmekraftwerken im Boden für die spätere Nutzung zu speichern und die gespeicherte Wärme zeitlich verschoben für Heizzwecke, insbesondere für die Raumheizung zu verwerten. Eine derartige Wärme- speicherung in Gebirgsstöcken hat sich jedoch in der Praxis bisher kaum durchgesetzt. Der Grund dafür liegt offenbar im äusserst trägen Wärmeaustausch zwischen Speicher und Wärmeträgermedium.

   Dieser schlechte Wärmeaustausch ist dadurch bedingt, dass alle bisher bekannten Vorschläge einen geschlossenen
Kreislauf des Wärmeträgermediums durch die Speichermasse verwenden, wobei der Wärmeaustausch nur durch reine Wärmeleitung erfolgt. Erdstoffe und Steine sind nun aber relativ schlechte Wärmeleiter, vor allem im trockenen Zustand, und es ist daher einleuchtend, dass ein technisch zufriedenstellender
Wärmeaustausch nur durch eine gezielte und engmaschige Aufschliessung der Speichermasse erreichbar ist. 



   Ein solcher Aufschluss der Speichermasse ist aber naturgemäss sehr teuer. 



   Die Erfindung schlägt nun vor, von dem den bekannten Anlagen eigenen geschlossenen Kreislauf des Wärmeträgers abzugehen und zur Grosswärmespeicherung über längere Zeiträume (Sommer-Winterausgleich) die moderne Brunnentechnik und den regenerativen Wärmeaustausch heranzuziehen. Die Erfindung besteht hiebei darin, dass zur Einführung des Wärmeträgers in den Erdboden Infiltrationsbrunnen über den verwendeten Erdbodenbereich verteilt angeordnet sind und zur Wärmerückgewinnung ein Entnahmebrunnen vorgesehen ist und dass weiterhin eine Grundwasserpumpe vorhanden ist, mit deren Hilfe der Speicher vor Entnahme des Wärmeträgers mit Grundwasser geflutet wird. 



   Durch diese Art der Wärmespeicherung werden wesentliche Verbesserungen im Vergleich zur bisherigen Technik erzielt. Vor allem kann nunmehr der Wärmeaustausch zwischen Speicher und Wärmeträgermedium den Erfordernissen der Wärmegewinnung und des Wärmeverbrauches entsprechend genau gesteuert werden. Der Wärmeaustausch zwischen Speichermedium und Wärmeträger je Zeiteinheit liegt ein bis zwei Zehnerpotenzen über dem durch reine Wärmeleitung bewirkten Wärmeaustausch. Weiters ist von besonderem Vorteil, dass die Erschliessung des Speichers im Rahmen der Erfindung wesentlich weniger kostet als der Einbau geschlossener Kreisläufe für das Wärmeträgermedium, wie sie bei den bekannten Anlagen erforderlich sind. 



   Der einzige Nachteil des offenen Wärmeträgerkreises im Vergleich zum geschlossenen Wärmeträgerkreis liegt im höheren Energiebedarf für die Umwälzung des Wärmeträgermittels, jedoch kann dieser Nachteil ohne weiteres in Kauf genommen werden, da er durch die erwähnten Vorteile bei weitem überkompensiert wird. 



   Im Betrieb der erfindungsgemässen Einrichtung wird die aus Sonnenenergie oder industrieller Abwärme anfallende Wärmeenergie an den flüssigen oder gasförmigen Wärmeträger gebunden und mit diesem mittels der Infiltrationsbrunnen in die oberflächennahen Erdbodenzonen,   z. B.   einen Gebirgsstock, eingeführt und dort gespeichert. Die gegenüber dieser Einführung zeitlich verschobene Wärmeentnahme aus dem Speicher erfolgt durch Fluten desselben mit Grundwasser und Förderung des im Speicher aufgewärmten Wassers über den Entnahmebrunnen mittels der in diesem installierten Grundwasserpumpe. 



  Die aus dem Speicher entnommene Wärme wird hiebei zweckmässig einer Wärmeaufwertungsanlage zugeführt,   z. B.   einer Wärmepumpe zur Temperaturerhöhung und steht anschliessend zur Verwertung,   z. B.   für Raumheizung oder Niedrigtemperaturprozesse zur Verfügung. 



   In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Einrichtung im Vertikalschnitt schematisch dargestellt. 



   In einem   Wärmekraftwerk-l-fällt   Abwärme in einem Kondensator --2-- an, dem Kühlwasser von einer nicht dargestellten Kühlwasserversorgungsanlage mittels einer   Kühlwasserpumpe-3-- zugeführt   wird. Das aufgewärmte Kühlwasser wird über eine   Abwärmeleitung --4-- mehreren Infiltrationsbrunnen   - unterschiedlicher Tiefe über   Regel- und Absperrarmaturen --6-- zugeführt.   Die Achsen dieser Infiltrationsbrunnen --5-- sind in mehreren Kreisen verteilt rund um einen Entnahmebrunnen --7-angeordnet, dessen Brunnenbohrung --8-- verrohrt ist. Der untere Teil dieser Verrohrung der 

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Wasserstand im Entnahmebrunnen --7-- so weit gestiegen ist, dass eine einwandfreie Dauerförderung möglich ist. 



   Ab diesem Zeitpunkt wird zur weiteren Flutung des Speicherraumes --13-- nicht mehr Grundwasser, sondern das im Verdampfer der   Wärmepumpe --24-- abgekühlte   Wasser verwendet, womit der Kreislauf geschlossen ist. Das zum Anfahren der Wärmeförderung erforderliche Grundwasser wird, wie bereits erwähnt, durch die Grundwasserpumpe --10-- geliefert, die zu diesem Zweck in das Grundwasser abgehängt werden muss, oder, als technisch elegantere Lösung, mit einem umschaltbaren Saugmantel versehen wird. Für automatischen Betrieb ist allerdings eine eigene Grundwasserpumpe erforderlich. 



   Um die Speichererschliessung auch unter dem Gesichtspunkt möglichst geringer Wärmeverluste durchzuführen, ist es notwenig, dass sich über der Speichermasse eine Deckschicht ausreichender Mächtigkeit (5 bis 10 m) befindet und die Speichersohle einen Mindestabstand in derselben Grössenordnung vom Grundwasserspiegel besitzt. Der Durchmesser des erschlossenen Speicherzylinders soll ungefähr gleich sein seiner Höhe. 



   Das aus dem   Entnahmebrunnen --7-- geförderte   warme Speicherwasser kann entweder direkt oder nach Temperaturerhöhung in der   Wärmepumpe --24-- zu   Heizzwecken oder für Niedrigtemperaturprozesse (indirekt) verwendet werden. Eine besonders wirtschaftliche Nutzung der geförderten Wärmemenge ergibt sich durch die Beheizung von Unterglaskulturen in garten-bzw. landwirtschaftlichen Betrieben. 



   Für die Raumheizung ist die Installation von Grossflächenheizungen (vor allem Fussbodenheizungen) zweckmässig, um die Wärmemengen niedriger Temperatur direkt verwerten zu können. Eine wesentliche Wärmeaufwertung kann jedoch durch die   Wärmepumpe --24-- erfolgen,   so dass dann auch   Heizgeräte --19--   konventioneller Bauart verwendet werden können.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH : Einrichtung zur Speicherung von aus Sonnenenergie gewonnener Wärme oder industrieller Abwärme in oberflächennahen Erdbodenzonen zur späteren Wiederverwendung, z. B. für Heizanlagen, wobei sowohl zur Einleitung der Wärme in den Erdboden als auch zur späteren Abführung derselben ein flüssiger oder gasförmiger Wärmeträger dient, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einführung des Wärmeträgers in den Erdboden (28) Infiltrationsbrunnen (5) über den verwendeten Erdbodenbereich (13) verteilt angeordnet sind und zur Wärmerückgewinnung ein Entnahmebrunnen (7) vorgesehen ist und dass weiterhin eine Grundwasserpumpe (10) vorhanden ist, mit deren Hilfe der Speicher vor Entnahme des Wärmeträgers mit Grundwasser geflutet wird.