DE102008057943A1

DE102008057943A1 - Verfahren und/oder Anlage zur Nutzung regenerativer geothermischer Energie

Info

Publication number: DE102008057943A1
Application number: DE102008057943A
Authority: DE
Inventors: Markus Auer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2008-11-19
Filing date: 2008-11-19
Publication date: 2010-05-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren oder eine Anlage zur Nutzung regenerativer geothermischer Energie durch Entnahme von ein erstes Temperaturniveau aufweisenden Wärmeträgermittel, insbesondere Grundwasser, aus einer ersten im Untergrund liegenden Speicherzone, welches nach Abkühlung durch Wärmeentnahme vorzugsweise in einem Wärmetauschprozess einer zweiten Speicherzone zugeführt wird oder zuführbar ist, in welcher ein zweites Temperaturniveau herrscht, welches niedriger als das erste Temperaturniveau ist, wobei weiterhin eine von einer anderen Energiequelle bereitgestellte sogenannte externe Wärmeenergie gespeichert wird oder speicherbar ist, indem Wärmeträgermittel aus einer Speicherzone entnommen wird oder entnehmbar ist und nach Erwärmung durch die externe Wärmeenergie für eine spätere Entnahme gespeichert wird oder speicherbar ist. Erfindungsgemäß ist für die Speicherung des durch die externe Wärmeenergie erwärmten Wärmeträgermittels eine dritte Speicherzone vorgesehen und es ist bzw. wird Wärmeträgermittel aus der dritten Speicherzone einem thermische Energie entnehmenden Wärmetauschprozess zugeführt, wonach dieses abgekühlte Wärmeträgermittel einer der Speicherzonen mit niedrigerem Temperaturniveau zugeführt wird oder zuführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren oder eine Anlage zur Nutzung regenerativer geothermischer Energie durch Entnahme von ein erstes Temperaturniveau aufweisendem Wärmeträgermittel, insbesondere Grundwasser, aus einer ersten im Untergrund liegenden Speicherzone, welches nach Abkühlung durch Wärmeentnahme vorzugsweise in einem Wärmetauschprozess einer zweiten Speicherzone zugeführt wird oder zuführbar ist, in welcher ein zweites Temperaturniveau herrscht, welches niedriger als das erste Temperaturniveau ist, wobei weiterhin eine von einer anderen Energiequelle bereitgestellte sogenannte externe Wärmeenergie gespeichert wird oder speicherbar ist, indem Wärmeträgermittel aus einer Speicherzone entnommen wird oder entnehmbar ist und nach Erwärmung durch die externe Wärmeenergie für eine spätere Entnahme gespeichert wird oder speicherbar ist.
Eine Anlage zur Nutzung regenerativer geothermischer Energie durch Entnahme von ein erstes Temperaturniveau beispielsweise in der Größenordnung von 80°C bis 140°C aufweisendem Grundwasser aus einer ersten im Untergrund liegenden Speicherzone, die üblicherweise als Aquifer oder Speicherhorizont bezeichnet wird und wobei dieses entnommene Grundwasser nach Abkühlung in einem Wärmetauschprozess einer zweiten Speicherzone bzw. einem von der ersten Speicherzone ausreichend weit beabstandeten Aquifer oder Speicherhorizont zugeführt wird, in welcher ein zweites niedrigeres Temperaturniveau beispielsweise in der Größenordnung von 60°C oder weniger herrscht, ist dem Fachmann unter der Bezeichnung „geothermische Dublette” bekannt. Bekannt sind auch die immensen Vorteile dieser Art der Energiegewinnung, nämlich deren Nachhaltigkeit und Grundlastfähigkeit, wobei die dem Grundwasser entnommene Wärme beispielsweise einem Wärmenetz oder einem Verstromungsprozess (bspw. nach Kalina-Prozess oder Organic Ranking Cycle) zugeführt werden kann.
Bereits bekannt ist es auch, dass eine solche Dublette zur insbesondere saisonalen Speicherung von weiterer thermischer Energie beispielsweise in Form von Abwärme einer Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage oder dgl. verwendet werden kann, indem aus dem ersten Speicherhorizont entnommenem Grundwasser die weitere thermische Energie, welche vorliegend als externe Wärmeenergie bezeichnet wird, in einem Wärmetauschprozess zugeführt und danach dieses Wärmeträgermittel in den zweiten Speicherhorizont eingeleitet wird. Dieser zweite, vor einem solchen Speichervorgang noch kälteres Wasser enthaltende Speicherhorizont wird dann also zur Speicherung von Grundwasser mit höherer Temperatur genutzt. Wenn zu einem späteren Zeitpunkt diese gespeicherte Wärmemenge genutzt werden soll, so wird das Wasser aus dem zweiten Speicherhorizont entnommen und in einem Wärmetauschprozess abgekühlt, wonach dieses Wasser in den ersten Speicherhorizont eingeleitet wird. Dabei darf jedoch die danach verbleibende Temperatur des Wassers die im ersten Speicherhorizont naturgegeben herrschende Temperatur nicht unterschreiten, da andernfalls dieser bzw. das entsprechende Bohrloch sein natürliches Temperaturpotential verlieren würde. Somit steht kein großes Temperaturgefälle zur Wärmeentnahme zur Verfügung, weshalb dieser Prozess energetisch betrachtet nicht besonders vorteilhaft ist.
Ein diesbezüglich günstigeres Verfahren oder eine diesbezüglich günstigere Anlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Lösung dieser Aufgabe ist für ein Verfahren oder eine Anlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass für die Speicherung des durch die externe Wärmeenergie erwärmten Wärmeträgermittels eine dritte Speicherzone vorgesehen ist, und dass Wärmeträgermittel aus der dritten Speicherzone einem thermische Energie entnehmenden Wärmetauschprozess oder dgl. zugeführt wird oder zuführbar ist, wonach dieses abgekühlte Wärmeträgermittel einer der Speicherzonen mit niedrigerem Temperaturniveau zugeführt wird oder zuführbar ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
Zunächst sei darauf hingewiesen, dass vorliegend von verschiedenen Speicherzonen gesprochen wird, wenngleich zumindest die erste Speicherzone nach der Wortwahl der vorliegenden Beschreibung stets ein „Speicherhorizont” nach dem Stand der Technik sein wird, d. h. eine unterirdische Speicherzone, aus welcher durch Geothermie erwärmtes Grundwasser abgezogen wird bzw. abgezogen werden kann. Ausdrücklich muss es sich jedoch bei der zweiten und dritten Speicherzone nach der vorliegenden Beschreibung nicht um ein Aquifer oder einen unterirdischen „Speicherhorizont” handeln, wenngleich eine solche Ausbildung der jeweiligen Speicherzone die bevorzugte Ausführungsform darstellen dürfte.
Wie im Stand der Technik, nämlich bei der sog. geothermischen Dublette gilt auch vorliegend, dass die verschiedenen Speicherzonen soweit voneinander räumlich getrennt sein sollten, dass diese als im wesentlichen gegeneinander isoliert betrachtet werden können. Damit können durch die erfindungemäß nun zumindest drei voneinander getrennten Speicherzonen zumindest drei unterschiedliche Temperaturzonen ausgebildet werden oder sein, nämlich

• erstens durch die erste Speicherzone eine Warmwasser-Niedertemperatur-Zone, welche im wesentlichen die natürliche Temperatur des Aquifers besitzt und die bspw. in der Größenordnung von 80°C liegen kann,
• zweitens durch die zweite Speicherzone eine Kaltwasser-Kalttemperatur-Zone, in welche Wasser (bzw. allgemein ein Wärmeträgermittel) eingeleitet wird oder einleitbar ist, welches zuvor durch Wärmeentnahme auf ein Temperaturniveau beispielsweise in der Größenordnung von 40°C bis 50°C abgekühlt wurde,
• drittens durch die (erfindungsgemäße) dritte (oder allgemein weitere) Speicherzone eine Heißwasser-Hochtemperaturzone, in welche Wasser eingeleitet wird oder einleitbar ist, welches im Hinblick auf eine Speicherung von Wärmeenergie durch die hier sog. externe Wärmeenergie auf ein höheres Temperaturniveau beispielsweise in der Größenordnung von 125°C erwärmt wurde.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass selbstverständlich auch mehr als drei Speicherzonen vorhanden sein können, beansprucht wird vorliegend das Vorsehen von zumindest drei Speicherzonen mit verschiedenen Temperaturniveaus. Wenn im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung diese verschiedenen Speicherzonen in den tieferen Untergrund gelegt sind, so ergeben sich hiermit zumindest drei Bohrlöcher im Erdreich, so dass in Anlehnung an den bekannten Begriff der geothermischen Dublette sowie unter Würdigung der Tatsache, dass nunmehr eine Speicherung von hier sog. externer Energie möglich ist, von einer „Speicher-Triplette” gesprochen werden kann. Sind mehr als drei Bohrlöcher vorhanden, so kann von einer „Speicher-Multiplette” gesprochen werden.
Sind die drei Speicherzonen im Erdreich vorgesehen, so können nicht nur die erste und die zweite Speicherzone, sondern auch die dritte Speicherzone im wesentlichen wie im Stand der Technik ausgebildet sein, wobei eine grundsätzliche Eignung eines unterirdischen Speicherhorizonts sowohl unter geologischen als auch hydraulischen als auch physikalischen Gesichtspunkten vorausgesetzt ist. Geeignete Speicherhorizionte oder Aquifere können geologisch gesehen in verschiedenartigen Gesteinstypen (in Deutschland bspw. in Elbsandstein oder Oberjura = Malm) vorkommen oder es können künstliche Speicherzonen bspw. in Form von Kluftsystemen bspw. in vulkanischen Basalten erzeugt werden, so bspw. durch das Hot-Dry-Rock-Verfahren. Alternativ ist die Verwendung von Salzstöcken oder Bergwerken möglich. Die Speicherhorizonte werden dabei in der Regel über so genannte Bohrungen von der Oberfläche her erschlossen. Da für das erfindungsgemäße Verfahren bzw. für eine erfindungsgemäße Anlage mehrere räumlich im wesentlichen getrennte Speicherzonen erforderlich sind, die lediglich indirekt über üblicherweise im Untergrund-Gestein vorhandene Mikrorisse miteinander verbunden sein können, muss im Hinblick auf die Ausbildung verschiedener Temperatur-Zonen oder Temperaturniveaus auf weitgehend hydraulisch unabhängig voneinander erfolgende Einspeicherungsprozesse und Entnahmeprozesse geachtet werden. Dies wird bei natürlichen Aquiferen in der Regel durch ausreichend große Abstände zwischen den in die jeweiligen Speicherhorizonte eingebrachten Bohrungen erreicht. Dabei sollte keine oder allenfalls eine äußerst geringe laterale Fließbewegung im Speicherhorizont vorliegen, damit die über das Grundwasser bzw. allgemein das Wärmeträgermittel für einen gewissen Zeitraum in den Untergrund eingelagerten Wärmemengen sich nicht vom jeweiligen Bohrloch entfernen können, da andernfalls diese Wärmemengen zwar im Untergrund gefangen wären, aber nicht zurück gewonnen werden könnten.
Werden künstliche Speicherräume bzw. Speicherzonen vorgesehen, so ist selbstverständlich ebenfalls auf eine ausreichende hydraulische und thermische Isolation zwischen den einzelnen Zonen zu achten, welche bei Vorsehen im Untergrund durch eine ausreichende räumliche Trennung erzielbar ist. Ferner sollte bei Vorsehen der Speicherzonen im Untergrund im Hinblick auf eine gewünschte langfristige Nutzung des Speicherhorizonts auf die Eigenschaften des genutzten Gesteintyps Rücksicht genommen werden. Dabei kann durch entsprechende Maßnahmen dafür gesorgt werden, dass keine Störungen des Bewirtschaftens, d. h. des Beladens und Entladens des Wärmeenergieinhalts, durch Temperaturschwankungen entstehen. Als derartige Eigenschaften sind beispielhaft die Salinität des Gesteins (bspw. bei Elbsandstein), oder mögliche Kalk-Ausfällungen (bspw. in Malm/Oberjura) zu nennen, welche im Hinblick auf die besagte Bewirtschaftung bspw. durch entsprechende Filter oder CO₂-Dotierungen verbessert werden können.
Wenn neben der ersten Speicherzone und der zweiten Speicherzone auch die erfindungsgemäße dritte Speicherzone als sog. Speicherhorizont bspw. in einem Aquifer im Untergrund vorgesehen wird, so kann sich diese beispielsweise in Form einer ausdehnenden und zusammenziehenden Temperaturblase (bspw. mit einem mittleren Temperaturniveau von 125°C bis 130°C) darstellen, welche sich um das Bohrloch im Speicherhorizont bildet und die vorherrschende durch die Natur vorgegebene Temperatur im Aquifer zurückdrängt. Alternativ kann selbstverständlich auch ein künstlicher, im wesentlichen oberirdisch angeordneter und geeignet isolierter Behälter als dritte Speicherzone vorgesehen sein.
Im Folgenden werden die signifikanten Unterscheide zwischen dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. einer entsprechenden Anlage und dem Stand der Technik in Form einer Dublette erläutert. Eine solche Dublette kann nämlich nur entweder die Geothermie nutzen oder für die saisonale Speicherung von externer Wärmeenergie, die bspw. von einer Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage bereit gestellt wird, verwendet werden. Ein Quasi-Parallelbetrieb, in welchem zumindest in zeitlicher kurzer Abfolge oder sogar tatsächlich parallel nebeneinander sowohl die Geothermie, d. h. die Erdwärme genutzt als auch eine Speicherung von externer Wärmeenergie energie durchgeführt wird, ist bei einer herkömmlichen Dublette mit nur zwei Speicherzonen jedenfalls mit vernünftigen Temperaturniveaus nicht möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. eine entsprechende Anlage hingegen erlaubt einen solchen Parallelbetrieb insbesondere auch mit vernünftigen Temperatur-Niveaus. So ist es beispielsweise möglich, aus der ersten Speicherzone Wasser mit dem natürlichen Temperaturniveau des Aquifers zu entnehmen und diesen Wasserstrom in zwei Teilströme zu teilen. Dem ersten Teilstrom wird dann in bekannter Weise ein Teil der (Erd-)Wärme entzogen, wonach dieser Teilstrom in bekannter Weise in die zweite Speicherzone eingeleitet wird. Dem zweiten aus der ersten Speicherzone entnommenen Teilstrom hingegen kann die externe Wärmeenergie zugeführt werden, wonach dieser in die dritte Speicherzone eingeleitet und diese somit beladen wird. Vorteilhafterweise steht damit in der dritten Speicherzone Wärmeträgermittel zur Verfügung, dessen Temperatur oberhalb der „natürlichen” Temperatur des in der ersten Speicherzone befindlichen Grundwassers liegt. Zu einem späteren Zeitpunkt kann diese gespeicherte Wärmeenergie der erfindungsgemäßen Anlage entnommen werden, indem Wasser bzw. allgemein Wärmeträgermittel aus der dritten Speicherzone einem geeigneten Wärmetauschprozess unterworfen wird, wonach dieses Wasser vorzugsweise in die kalte zweite Speicherzone eingeleitet wird, wobei vorteilhafterweise ein relatives großes Temperaturgefälle zur Verfügung steht, so dass eine große Menge von Wärmeenergie entnommen werden kann. Auch parallel zu diesem Entlade-Vorgang der dritten Speicherzone kann weiterhin Erd-Wärme gewonnen werden, indem Grundwasser aus der ersten Speicherzone entnommen, abgekühlt und in die zweite Speicherzone eingeleitet wird.
Im Sinne einer vorteilhaften Weiterbildung kann dem aus der ersten Speicherzone entnommenen Wärmeträgermittel vor Zufuhr der externen Wärmeenergie, bei welcher es sich im übrigen um die Abwärme oder Überschusswärme aus einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage oder einer anderen technischen Anlage, beispielsweise als sog. Fernwärme oder Nahwärme herangeführt, handeln kann, ein Teil der im Wärmeträgermittel enthaltenen thermischen Energie entnommen werden oder entnehmbar sein. Dann wird dieses Wärmeträgermittel quasi im abgekühlten Zustand mit der externen Wärmeenergie beaufschlagt, so dass aufgrund eines eventuell größeren Temperaturgefälles eine relativ große Menge von Wärmeenergie aufgenommen und somit gespeichert werden kann.
Zum soweit beschriebenen Umfang kann auf die beigefügten Prinzipskizzen 1 und 2 verwiesen werden, die im Folgenden erläutert werden. Die weiteren Prinzipskizzen (3–5) zeigen vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung, wobei sämtliche Prinzipskizzen eine erfindungsgemäße Anlage zur Nutzung regenerativer geothermischer Energie und zur Speicherung externer Wärmeenergie zeigen und in sämtlichen Figuren gleiche Komponenten oder Elemente mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sind.
So trägt – zunächst auf die 1, 2 Bezug nehmend – eine erste Speicherzone, die in einer im Untergrund liegenden Schicht 4 von Malm (= Oberjura) oder dgl. vorgesehen ist, die Bezugsziffer 1. Bei dieser Speicherzone 1 handelt es sich um ein Aquifer mit der natürlichen Temperatur von bspw. 80°C, welche vorliegend auch als Niedertemperatur bezeichnet wird. Hierbei wird auch von einer Warmwasser-Niedertemperatur-Zone gesprochen.
Eine zweite ebenfalls in der Schicht 4 liegende und durch ein Aquifer gebildete Speicherzone trägt die Bezugsziffer 2. In dieser herrsche eine Temperatur von bspw. 40°C bis 50°C, so dass hier von einer Kaltwasser-Kalttemperatur-Zone gesprochen wird, bei welcher es sich im Sinne des vorliegenden Prozesses um eine Wärmesenke handelt. In dieser Schicht 4 liegend vorgesehen ist ferner eine ebenfalls durch ein Aquifer gebildete dritte Speicherzone 3, in welcher eine Temperatur von bspw. 125°C herrsche, so dass hier von einer Heißwasser-Hochtemperaturzone gesprochen wird.
Jede dieser Speicherzonen 1, 2, 3 ist mit der Erdoberfläche durch eine in einem Bohrloch angeordnete Rohrleitung 51 bzw. 52 bzw. 53 verbunden. In den Rohrleitungen 51 und 53 der ersten und dritten Speicherzone 1 bzw. 3 ist jeweils eine Pumpe 6 vorgesehen, mit Hilfe derer Wasser (Wärmeträgermittel) aus der jeweiligen Speicherzone 1 bzw. 3 abgezogen und über weitere Rohrleitungen, welche durch Linien dargestellt, jedoch der Übersichtlichkeit halber nicht mit Bezugsziffern gekennzeichnet sind, verschiedenen Wärmetauschern 11–14 und nach Passieren derselben der zweiten Speicherzone 2 bzw. deren Rohrleitung 52 zugeführt werden kann. Die Strömungsrichtung in den jeweiligen Rohrleitungen ist dabei durch Pfeile dargestellt.
Im ersten Wärmetauscher 11, der von dem aus der ersten Speicherzone 1 entnommenem Grundwasser durchströmt wird, ist ein Wärmetausch mit einem Niedertemperatur-Wärmeträger-Netz 21 möglich, welches beispielsweise eine Wärmeleistung von 6 Mega-Watt von entnommenen Grundwasser aufnehmen und an irgendeinen Verbraucher übertragen kann.
In einem zweiten Wärmetauscher 12, der anschließend an den ersten Wärmetauscher 11 von dem aus der ersten Speicherzone 1 entnommenem Grundwasser durchströmbar ist, ist ein Wärmetausch mit einer ersten externen Wärmequelle 22 möglich, welche beispielsweise durch eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage gebildet ist und die sog. externe Wärmeenergie (beispielsweise mit einer Wärmeleistung in der Größenordnung von 3 Mega-Watt) an das aus der ersten Speicherzone 1 entnommene Grundwasser abgeben kann.
In einem dritten Wärmetauscher 13, der anschließend an den zweiten Wärmetauscher 12 von dem aus der ersten Speicherzone 1 entnommenem Grundwasser durchströmbar ist, ist ein Wärmetausch mit einer zweiten externen Wärmequelle 23 möglich, welche beispielsweise durch ein Fernwärmenetz gebildet ist und die sog. externe Wärmeenergie (beispielsweise mit einer Wärmeleistung in der Größenordnung von 15 Mega-Watt) an das aus der ersten Speicherzone 1 entnommene Grundwasser abgeben kann.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass hier die beiden Wärmetauscher 12 und 13, über die dem aus der Speicherzone 1 entnommenem Wärmeträgermittel Wärme zugeführt, in Reihenschaltung angeordnet. Selbstverständlich ist es auch möglich, mehrere Wärmetauscher zum gleichen Zweck in Paralleschaltung anzuordnen und selbstverständlich ist die Zahl der hier einbindbaren Wärmetauscher nicht auf „zwei” begrenzt.
In einem vierten Wärmetauscher 14, der (ausweislich 2, 4, 5) von aus der dritten Speicherzone 3 entnommenem Wasser/Wärmeträgermittel durchströmbar ist, ist ein Wärmetausch mit einem Hochtemperatur-Wärmeträger-Netz 24 möglich, welches beispielsweise eine Wärmeleistung von bis zu 15 Mega-Watt vom aus der dritten Speicherzone 3 entnommenen Wasser aufnehmen und an irgendeinen Verbraucher übertragen kann.
1 stellt den Beladungsprozess der dritten Speicherzone 3 dar, welcher vorzugsweise in wärmeren Jahreszeiten durchgeführt wird, so dass es sich hier um den „Sommerbetrieb” der Anlage handeln kann. Hierbei wird aus der Warmwasser-Niedertemperatur-Zone 1 (= erste Speicherzone 1) die natürlich gegebene Wärme, genauer Grundwasser mit einer Temperatur von ca. 80°C über die Pumpe 6 entnommen. Über den ersten Wärmetauscher 11 kann ein Teil dieser regenerativen geothermischen Wärme entnommen werden und an das Niedertemperatur-Wärmeträger-Netz 21 abgegeben werden. Das danach abgekühlte Wasser kann dann über ein Dreiwegeventil 7 entweder direkt in die Kaltwasser-Kalttemperatur-Zone 2 (= zweite Speicherzone 2) und somit dem Untergrund zugeführt werden, oder parallel hierzu oder vollständig über die weiteren nachgeschalteten Wärmetauscher 22, 23 (bspw. in Stufen als Kaskaden-Temperaturschaltung) geleitet werden, um darin externe Wärmeenergie aufnehmen. Anschließend wird der so beispielsweise auf 130°C erwärmte Volumenstrom des Wassers der Heißwasser-Hochtemperaturzone 3 (= dritte Speicherzone 3) zugeführt, welche den eigentlichen Speicherhorizont darstellt.
In dieser Heißwasser-Hochtemperaturzone 3 bildet das zugeführte Wasser eine sich aufblähende Hochtemperatur-Wärmeblase in der Speicherzone 3 um das Bohrloch herum. In dieser Blase ist die Wärme langzeitlich gesehen „gefangen”, solange keine laterale Fließbewegung des Wassers in der Speicherzone 3 erfolgt, und kann es kann dieses zugeführte Wasser nur an die umgebende Gesteinsmatrix der Schicht 4 langsam aufgrund der Transmissionswerte seine Wärme übertragen. Der größte Teil des Wärmeinhalts bleibt aber im Wasser wie in einer Isolierflasche im Aquifer gefangen. In einem sich über mehrere Zyklen von Beladung und Entladung – die Entladung wird im folgenden Absatz beschrieben – fortschreitenden Prozess wird eine solche Hochtemperatur-Wärmeblase aufgrund der umgebenden langsam aufgeheizten Gesteinsmatrix immer stabiler, und der Isoliereffekt des Wassers um den Bohrlochbereich herum immer ausgeprägter. Dies wird durch rechnerische hydraulische Simulationen gestützt.
2 stellt nun den Entladungs-Prozess der Heißwasser-Hochtemperaturzone 3 (= dritte Speicherzone 3) dar. Hierbei wird aus dieser dritten Speicherzone 3 bei Bedarf (insbesondere saisonal, so vorzugsweise in den kälteren Jahreszeiten = „Winterbetrieb”) mittels der Pumpe 6 in der Rohrleitung 53 Wärme, genauer Hochtemperatur-Wasser an die Oberfläche gefördert und über den weiteren Wärmetauscher 14 an ein Hochtemperatur-Wärmeträger-Netz 24 abgeben. Das in diesem Wärmetauscher 14 erheblich (beispielsweise bis auf ein Temperaturniveau von 40°C) abgekühlte Wasser aus der dritten Speicherzone 3 wird dann über die Rohrleitung 52 der Kaltwasser-Kalttemperatur-Zone 2 (= zweiten Speicherzone 2) zugeführt. Parallel hierzu kann wie dargestellt geothermische Wärme aus der Warmwasser-Niedertemperatur-Zone 1 (= ersten Speicherzone 1) gemäß der Beschreibung von 1 über den ersten Wärmetauscher 11 entnommen werden, wonach dieses aus der ersten Speicherzone entnommene Wasser direkt und vollständig der zweiten Speicherzone 2 zugeführt wird, und zwar parallel zum soeben beschriebenen Entladungsvorgang der dritten Speicherzone 3. Damit stehen zwei parallel arbeitende Wärmetauschprozesse, nämlich für ein Hochtemperatur-Wärmeträger-Netz 24 (im vierten Wärmetauscher 14) und für ein Niedertemperatur-Wärmeträger-Netz 21 (im ersten Wärmetauscher 11) zur Verfügung, so dass ein maximiertes Leistungs- bzw. Verwertungspotential vorliegt.
An dieser Stelle sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das aus der dritten Speicherzone (3) entnommene Wärmeträgermittel keineswegs der zweiten Speicherzone zugeführt werden muss; vielmehr ist es auch möglich, das der dritten Speicherzone (3) entnommene Wärmeträgermittel vollständig oder teilweise der ersten Speicherzone (1) zuzuführen, wenngleich damit nur ein geringeres Temperaturgefälle zur Verfügung steht, denn es sollte die erste Speicherzone nicht unter ihre natürliche Temperatur abgekühlt werden. Im Hinblick auf den Wasserhaushalt in den einzelnen Speicherzonen (1, 2, 3) kann es jedoch durchaus erwünscht sein, auch der ersten Speicherzone (1) gelegentlich Wasser zuzuführen.
An dieser Stelle sei nochmals auf die Rohrleitungen 51 und 53 bzw. deren zugehörige Bohrungen mit den darin angeordneten Pumpen 6 eingegangen. Jede Pumpe 6 ist darin vorzugsweise unterhalb des natürlichen hydrologisch vorgegebenen Wasserhorizonts, der sich standortabhängig bspw. 150 Meter unterhalb der Bohrkopfoberfläche befindet, eingebracht. Diese Pumpen 6 sind entsprechend der Ergiebigkeit des jeweiligen Bohrlochs ausgelegt, um das vorherrschende Wasser nicht nur in der jeweiligen Speicherzone geodätisch zu heben, sondern inklusive der notwendigen Druckaufwendungen zur Überwindung der Druckverluste von Einbauten in den Rohrleitungen, wie der genannten Wärmetauscher 11–14, aber auch von Filtern und weiteren Einbauten, weiter zu fördern und schließlich in einer jeweils anderen Speicherzone zu verpressen, d. h. entsprechend der bisherigen ausführlichen Erläuterung in die zweiten Speicherzone 2 bzw. in die dritte Speicherzone 3 zu pressen, gegebenenfalls – wie bereits angedeutet – auch in die erste Speicherzone 1 einzuführen.
Ferner ist zumindest der Bohrkopf der dritten Speicherzone 3 sowie deren Rohrleitung 53 solchermaßen ausgebildet, dass sowohl Wasser (allgemein: Wärmeträgermittel) in diese Speicherzone 3 eingeleitet bzw. eingepresst werden kann, als auch Wasser aus dieser Speicherzone 3 entnommen werden kann. Beides soll vorzugsweise unabhängig voneinander und zeitlich parallel nebeneinander durchgeführt werden können. Demgemäß ist die Rohrleitung 53 zweiflutig ausgebildet, wobei die beiden diese Rohrleitung bildenden Rohre konzentrisch ineinander oder nebeneinander liegend angeordnet sein können und sich insbesondere auch bis in unterschiedliche Tiefen erstrecken können, um einen „Kurzschluss-Kreislauf” zu verhindern. Vorzugsweise ist es somit möglich, die Speicherzone 3 gleichzeitig mit aufgeheiztem Wasser zu beladen und „anderes” Hochtemperatur-Wasser aus dieser Speicherzone 3 zu entnehmen. Eine entsprechende Bohrkopf-Gestaltung kann im übrigen auch an der ersten Speicherzone 1 und/oder an der zweiten Speicherzone 2 vorgesehen sein.
An dieser Stelle sei noch darauf hingewiesen, dass zur Schonung der in der jeweiligen Speicherzone 1, 2, 3 im Aquifer gelagerten Wasser-Reserven ein möglichst geschlossener Wasserkreislauf („Primärkreislauf”) zwischen den einzelnen Bohrungen bzw. Speicherzonen 1, 2, 3 vorliegen sollte, wobei lediglich Wärme mit anderen sekundären Kreisläufen über Wärmetauscher ausgetauscht wird. Prinzipiell wäre zwar die Entnahme von Wasser aus dem Primärkreislauf möglich, jedoch ist dies aus Gründen der Ressourcenschonung zu vermeiden. Es gilt damit der folgende ökologisch nachhaltige Grundsatz: Die Massenstrom-Entnahme aus einer oder mehreren Speicherzone(n) (1, 2, 3) ist gleich der Massenstrom-Wiedereinleitung in eine oder mehrere der Speicherzonen (1, 2, 3).
In diesem Sinne kann auch eine weitere vorteilhafte Weiterbildung wirken, wonach in das soweit beschriebene Verfahren oder in eine soweit beschriebene Anlage ein zusätzlicher die externe Wärmeenergie anteilig über eine Arbeitsmaschine oder dgl. nutzender technischer Verfahrensprozess eingebunden wird oder einbindbar ist, indem ein Teil von dessen Restwärme über ein sog. Wärmetauscher-Verschubsystem dem aus der zweiten Speicherzone entnommenen Wärmeträgermittel zugeführt wird oder zuführbar ist, welches danach in die erste Speicherzone eingeleitet wird oder einleitbar ist.
Hiermit kann nun zusätzlich aus vorhandener quasi überschüssiger Wärmeenergie, die andernfalls beispielsweise in Kühltürmen nutzlos abgeführt wird und aus einem weiteren verfahrenstechnischen Prozess, wie bspw. einem Verstromungsprozess oder einem anderen Prozess stammt, genutzt werden, welcher weiterhin an die vorliegende erfindungsgemäße „Speicher-Triplette” angepasst ist. Dies wird im weiteren anhand der 3–5 erläutert, wobei nun sämtliche Bohrköpfe, d. h. die Rohrleitungen 51, 52 und 53 der Speicherzonen 1 und 2 und 3 so ausgestattet sind, dass unabhängig von einer jeweils möglichen Wasserentnahme aus der jeweiligen Speicherzone 1 bzw. 2 bzw. 3 jederzeit Wasser in diese Speicherzone 1 bzw. 2 bzw. 3 verpresst werden kann. Die drei Speicherzonen 1 und 2 und 3 können somit also alle folgerichtig wechselseitig, ggf. sogar gleichzeitig mit Wasser beladen und entladen werden, weshalb nun auch in der Rohrleitung 52 der zweiten Speicherzone 2 eine Pumpe 6 angeordnet ist.
In Ergänzung zum bislang anhand der 1, 2 beschriebenen reinen Wärmemanagement-Speicherprozess kann nun zusätzlich parallel ein technisch eingebundener Verfahrensprozess bspw. in Form eines Verstromungsprozesses oder Absorbtionskälte-Pozesses ablaufen. Demnach wird zur Verfügung stehende externe Wärmeenergie aus den weiter oben genannten externen Wärmequellen 22 und/oder 23 anteilig auch an eine Arbeitsmaschine oder dgl. abgegeben, in welcher ein auf Wärmeträgerbasis funktionierender technischer Verfahrensprozess abläuft, also beispielhaft ein Organic-Ranking-Cycle bzw. Kalina-Prozess, oder ein in einer Absorbtionskälteanlage laufender Prozess. Alternativ kann als solcher technischer Verfahrensprozess ein mechanischer Antrieb realisiert sein oder ein auf wärmeelektrischer Basis arbeitender Umwandlungsprozess stattfinden. Solche Arbeitsmaschinen (im weitesten Sinne, d. h. hierzu werden vorliegend auch thermoelektrische Generatoren gezählt) bzw. Prozesse zeichnen sich zumeist dadurch aus, dass diese schon bei vergleichsweise niedrigen Arbeitstemperaturen und einem vorhandenen Kühlwasser-Reservoir über das somit vorliegende treibende Temperaturgefälle elektrischen Strom oder mechanische Arbeitskraft oder Kälte oder auch eine andere verwertbare Energieform mit einem derzeit bekannten Wirkungsgrad von ca. 10–20% und zukünftig evt. auch mehr erzeugen können.
Die bislang bekannten Arbeitsmaschinen oder Prozesse, die unter anderem mit verschiedenartigsten Wärmeträgern arbeiten oder das vorhandene Wärmepotential über andere Prozesse direkt in elektrische oder mechanische Energie umwandeln können, haben aber den Nachteil, dass Sie vergleichsweise hohe Rücklauf-Temperaturen und somit einen relativ hohen Restwärme-Gehalt aufweisen, so dass ein direkter Einsatz beispielsweise über ein Fernwärmenetz, welches bspw. von Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage versorgt wird, nicht Ziel führend ist. Die Rücklauf-Temperaturen vorgenannter Arbeitmaschinen oder Prozesse sollten also niedriger sein, um effektiv von solch einer externen Wärmequelle (insbesondere in Form eines Fernwärmenetzes) effektiv versorgt werden zu können. Anstelle einer bislang praktizierten nutzlosen Abkühlung in Kühltürmen oder dergleichen wird hier nun vorgeschlagen, die Restwärme aus solchen Arbeitsmaschinen oder Prozessen anteilig einer erfindungsgemäßen „Speicher-Triplette” zuzuführen. Dies ist, wie im weiteren beschrieben wird, mit den jeweils vorliegenden Temperatur-Niveaus gut möglich, so dass nach erfolgter Zwischen-Speicherung dieser Restwärme-Anteil dann bedarfsgerecht zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgegriffen werden kann.
Anhand der 3, 4, 5 wird dies nun näher erläutert. Mit der Bezugsziffer 8 ist eine Arbeitsmaschine oder dgl. gekennzeichnet, in der ein technischer Verfahrens prozesses bspw. zur Verstromung oder zur Kälteerzeugung oder zur direkten Erzeugung von mechanischer Nutzenergie oder ähnlichem ablaufen kann. Dieser Arbeitsmaschine 8 kann von der externen Wärmequelle 23, genauer von deren Vorlaufleitung abzweigend, mittels einer Pumpe 9 ein Wärmeträgerstrom, der nutzbare Wärmeenergie enthält, zugeführt werden. Nach Nutzung eines Teils der zugeführten Wärmeenergie wird dieser Wärmeträgerstrom unter Passieren eines Wärmetauschers 41 in die Rücklaufleitung der externen Wärmequelle 23 zurückgeführt. Dieser Wärmetauscher 41 ist ein Bestandteil eines sog. Wärmetausch-Verschubsystems 40, welches einen weiteren Wärmetauscher 42 sowie diese beiden Wärmetauscher 41, 42 verbindende Leitungen mit einer darin vorgesehenen Pumpe 43 enthält. Eine im Wärmetauscher 41 aus dem von der externen Wärmequelle 23 abgegriffenen Wärmeträgerstrom entnommene Wärmemenge kann somit über ein anderes im Wärmetausch-Verschubsystem 40 zirkulierendes Wärmeträgermittel dem anderen Wärmetauscher 42 zugeführt werden, in welchem diese Wärmemenge (abgesehen von Verlusten) an ein Medium abgegeben wird.
Beim soeben genannten Medium, welches durch den Wärmetauscher 42 des Wärmetausch-Verschubsystems 40 hindurch führbar ist und an welches folglich Restwärme aus dem in der Arbeitsmaschine 8 ablaufenden technischen Verfahrensprozess abgegeben werden kann, handelt es sich um Wasser, welches der zweiten Speicherzone 2 der erfindungsgemäßen „Speicher-Triplette” entnommen wurde und nach Wärmeaufnahme im Wärmetauscher 42 in die erste Speicherzone 1 zurück führbar ist bzw. zurück geführt wird. Vorzugsweise wird dies parallel zu der anhand von 1 erläuterten Beladung der dritten Speicherzone 3 und somit im o. g. saisonalen „Sommerbetrieb” der erfindungsgemäßen Anlage durchgeführt. Dies bzw. dieser Sommerbetrieb ist in 3 dargestellt, und zwar zusätzlich zu der Darstellung von 1, wobei die jeweiligen Temperatur-Niveaus in Form bevorzugter beispielhafter Werte in der Figurendarstellung mit angegeben sind. So trete das von der externen Wärmequelle 23 bereit gestellte Wärmeträgermittel mit einer Temperatur von 130°C in die Arbeitsmaschine 8 ein, um diese mit einer Temperatur von 86°C zu verlassen. Die Rücklauftemperatur der externen Wärmequelle 23 betrage 56°C, so dass dem Wärmetausch-Verschubsystem 40 eine Temperaturdifferenz von 30° zur Verfügung steht. Wenn das aus der zweiten Speicherzone 2 entnommene Wasser eine Temperatur von 50°C besitzt, kann dieses somit (theoretisch) auf 80°C erwärmt und somit ohne Nachteile der ersten Speicherzone 1 zugeführt werden, in welcher genau diese Temperatur von 80°C vorliegt.
Parallel zum anhand von 1 erläuterten Wärmemanagement-Prozess ist hier (nach 3) somit zusätzlich ein technischer Verfahrensprozess eingebunden, der ein mittleres bis hohes Hochtemperatur-Wärmepotential nutzen kann, wobei die aufgrund des zu hohen Rücklauf-Temperaturniveaus eines solchen technischen Verfahrensprozesses noch vorhandene Restwärme anteilig über ein Wärme-Verschub-System, hier in Form des Wärmetausch-Verschubsystems 40, auf die von der Kaltwasser-Kalttemperatur-Zone 2 (= zweiten Speicherzone 2) mittels der Pumpe 6 zur Verfügung gestellte Wassermenge bei möglichst geringen Übertragungsverlusten übertragen wird, um dieses dann aufgeheizte Wasser mit einer Temperatur, die größer bzw. gleich der in der Warmwasser-Niedertemperatur-Zone 1 (= erste Speicherzone 1) herrschenden Temperatur (wegen der erwünschten Weiternutzung auf diesem Temperaturniveau) ist, einzuleiten und zu speichern. Vorteilhafterweise wird gleichzeitig durch diesen sog. Wärmeverschub eine niedrige Rücklauftemperatur im Rücklaufsystem der externen Wärmequelle 23, bspw. einer einspeisenden Kraft-Wärme-Kopplungsanlage oder einem anderen technischen Prozess mit Abwärme, erreicht.
4 zeigt einen ersten möglichen Entlade-Prozess im o. g. saisonalen „Winterbetrieb” einer erfindungsgemäßen Anlage, wobei in 4 die Darstellung aus 2 enthalten ist, d. h. es läuft zum einen teilweise die weiter oben bereits ausführlich beschriebene Entladung der Heißwasser-Hochtemperaturzone 3 (= dritten Speicherzone 3) ab. Analog der Darstellung in 2 und analog der Erläuterung hierzu wird auch aus der ersten Speicherzone 1 Wasser und somit Wärme entnommen, die im ersten Wärmetauscher 11 teilweise abgezogen wird, wonach das hierin abgekühlte Wasser der zweiten Speicherzone 2 zugeführt wird.
Abweichend von 2 läuft bei der Darstellung nach 4 die Entladung der dritten Speicherzone 3 jedoch nur teilweise solchermaßen ab, dass lediglich ein Teil der aus der dritten Speicherzone 3 entnommenen Menge von Wasser dem vierten Wärmetauscher 14 und dem Hochtemperatur-Wärmeträger-Netz 24 und anschließend der zweiten Speicherzone 2 zugeführt wird. Ein anderer Teil der aus der dritten Speicherzone 3 entnommenen Wasser-Menge wird über ein erstes Dreiwegeventil 10a und ein weiteres Dreiwegeventil 10b der genannten Arbeitsmaschine 8, in welcher der sog. zusätzliche technische Verfahrensprozess abläuft, zugeführt. Das in dieser Arbeitsmaschine 8 auf beispielsweise 80°C–90°C abgekühlte Wasser kann danach unter Passieren eines weiteren Dreiwegeventils 10c in die erste Speicherzone 1 eingeleitet werden.
Neben dieser in 4 dargestellten Betriebsweise ist noch eine weitere saisonale „Winterbetriebs-Weise” möglich, die in 5 dargestellt ist und die im wesentlichen einer Kombination der Entladung der dritten Speicherzone 3 gemäß 2 mit der Einbindung des sog. zusätzlichen technischen Verfahrensprozesses gemäß 3 entspricht. Letzterer wird also (abermals) von der externen Wärmequelle 23 versorgt, wobei Restwärme aus dem in der Arbeitsmaschine 8 ablaufenden Verfahrensprozess anteilig wieder in der ersten Speicherzone 1 für eine spätere Verwendung zwischengespeichert werden kann.
Vorliegend ist somit ein Verfahren zur vollständigen Nutzung von Abwärmemengen aus einer Kraft-Wärme-Kopplung oder anderen technischen Anlagen durch Entkopplung des Angebots an Abwärmemengen von der Nachfrage nach diesen Wärmemengen durch Zwischenspeicherung in einem geeigneten Speicherhorizont, bspw. einem natürlichen oder künstlichen Aquifer und die zeitverschobene Wiederentnahme dieser Wärmeenergie beschrieben. Zusätzlich ist die gleichzeitig mögliche ganzjährige Nutzung von schon vorhandener Wärme aus diesem Speicherhorizont möglich. Die beschriebenen Verfahren dienen der Entnahme von (vorrangig regenerativer) Energie vorzugsweise aus einem natürlichen bzw. künstlich angelegten Aquifer im Untergrund bei gleichzeitig möglicher Einspeicherung von saisonal nicht nutzbarer Überschusswärme bzw. Abwärme aus Kraftwärmekopplung oder aus anderen technischen Prozessen, um diese Wärmemengen dann im Aquifer einzulagern und zu einem bedarfsgerechten Zeitpunkt, insbesondere saisonal bedingt, wieder zu heben und technischen Prozessen (bspw. klassisch als Heizung im Winter oder in Form von Prozesswärme etc.) wieder zur Verfügung zu stellen.
Zusätzlich ist eine energetisch optimierte Einbindung von weiteren Verfahrensprozessen möglich, wie beispielhaft elektrische Teilverstromung bzw. direkte mechanischen Kraftnutzung mittels Kalina, Organic-Ranking-Cycle, oder ähnlich, bspw. Absorbtionskälteanlagen und andere hier nicht genannte Prozesse. Damit kann ein Teil der derzeit noch nicht nutzbaren Überschuss- bzw. Abwärme aus solchen technischen Prozessen nicht nur der (bspw. saisonalen) Wärmespeicherung mit Wiederentnahmemöglichkeit zur Verfügung gestellt werden. Vielmehr kann auch aus dieser Wärme bei ausreichend hoher zur Verfügung stehender Nutztemperatur von in der Größenordnung größer/gleich 100°C bei gleichzeitigem Vorhandensein eines nutzbaren Kaltwassertemperatur-Reservoirs und damit einer treibenden Temperaturdifferenz mittels Einbindung eines geeigneten verfahrenstechnischen Prozesses ein Anteil des sonst verlorenen bzw. zu verwerfenden Wärmeenergieinhalts in eine Nutzenergie umgewandelt werden. Die dabei auf niedrigerem Temperaturniveau verbleibende thermische Restenergiemenge kann dann falls möglich teils direkt weiter genutzt werden, oder auf diesem Niedertemperatur-Niveau im Aquifer zwischengespeichert und einer weiteren Wärmenutzung bzw. einer Wärmeprozessspeicherung auf einem höheren Temperaturniveau zu einem bedarfsgerechtem Zeitpunkt zur Verfügung gestellt werden.
Anstatt überschüssige vorhandene nutzbare Wärmeenergie mit entsprechend hohem und damit eigentlich technisch verwertbarem Temperatur-Niveau aus technischen Prozessen an die Umgebung nutzlos abzugeben (bspw. mittels Kühlturm oder Vorfluter oder Dükerwasser o. a.), da zu diesem Zeitpunkt kein Bedarf an Wärmeenergie gegeben ist, kann diese Wärme langzeitlich (saisonal) gespeichert und dann wieder bspw. im Winter bedarfsgerecht verwertet werden. Damit kann in den Spitzenbedarfszeiten die zu erzeugende Leistung eines Heizkessels um diese wieder nutzbare Wärmemenge bei einer entsprechend geforderten Spitzenwärmeleistung zurückgefahren werden, und somit direkt proportional dazu Primärenergie z. B. in Form von Gas, Kohle, Öl etc. eingespart werden. Das Einsparen von CO₂ und CO₂-Äquivalenten und anderen limitierten Abgaskomponenten wird somit direkt durch ein intelligentes bedarfsorientiertes Nutzungsmanagement der eingespeicherten und somit nicht verworfenen Wärmeenergiemengen erreicht. Die langfristig mögliche Wärmespeicherung ist das Bindeglied bzw. der Entkoppelungsmechanismus zwischen einem möglichst kontinuierlich bedarfsgetriebenen Nutzprozess wie bspw. einer Stromerzeugung mit einer Grundlastmaschine oder Kälteabsorbtionsmaschine in Grundlastbetrieb, bei dem nutzbare Abwärme entsteht (bspw. stromgeführte KWK-Anlage) und der auch bedarfsgetriebenen aber zeitversetzten Wärmeabnahme-Charakteristik, bspw. der Jahresdauerkennlinie eines Nah- oder Fernwärmeversorgungsnetzes, welches saisonalen Bedürfnissen folgt. Zugleich kann wie beschrieben bei einem entsprechend ausreichend hohen Nutztemperatur-Niveau aus der zur Verfügung stehenden Wärmeenergie und einem vorhandenen Kalttemperatur-Reservoir über die treibende Temperaturdifferenz anteilig über ein weiteres integriertes technisches Verfahren bspw. Strom oder Kälte oder mechanische Energie etc. erzeugt werden.
Gegenüber einer bekannten geothermischen Dublette kann das nutzbare Temperaturgefälle bedingt durch das Einleiten in eine separate Kaltwasser-Kalttemperatur-Zone (Bezugsziffer 2) (= zweite Speicherzone 2) deutlich größer gewählt werden, wenn man das natürliche Grundtemperatur-Niveau der Entnahmebohrung (= erste Speicherzone 1) erhalten will, um dieses weiter nutzen zu können, und damit kann letztendlich eine höhere Speicherleistung erzielt werden. Darüber hinaus kann die Rücklauftemperatur in einem angeschlossenem, sekundären Wärmeverteilnetz (in Form der mit der Bezugsziffer 23 gekennzeichneten externen Wärmequelle 23) wesentlich niedriger im Vergleich zu den üblichen Werten einer Speicher-Dublette gewählt werden, bspw. mit üblichen wirtschaftlichen 40°C bis 50°C, um eine hohe Temperaturspreizung im Wärmeverteilnetz zu erreichen. Dies ist ein wesentlicher Vorteil des beschrieben Verfahrens gegenüber den bisher üblichen Speicherverfahren.
Parallel dazu erlaubt das beschriebene Verfahren während der Einspeicherungs- bzw. Ausspeicherungsvorgänge aufgrund der gewählten Triplettenanordnung eine gleichzeitige Entnahme von Grundwärme (bspw. bevorzugt regenerative Wärme) aus der Warmwasser-Niedertemperatur-Zone (1). Damit ist eine ständige Versorgung mit Wärme aus dem Untergrund mit möglichst optimaler Leistungsausbeute immer möglich. Im Gegensatz hierzu ist ein gleichzeitiger Betrieb von Speichervorgängen und reinem Entnahmebetrieb bei der bekannten Dubletten-Ausführung nicht möglich. Beim Dublettenbetrieb ist nämlich zu einem bestimmten Zeitpunkt entweder nur eine Einspeicherung/Beladung oder nur eine Entnahme/Entladung möglich.
Im konzeptionellen Sinne ist der Tripletten Prozess für Speichervorgänge nicht nur der weitaus bessere, sondern der optimale Verfahrensprozess, da er abgesehen von den immanenten Wirkungsgradverlusten an Wärmetauschern etc. alle genannten Nachteile eines Dubletten-Speicherbetriebs nicht aufweist. Das vorliegend beschriebene Verfahren bzw. eine entsprechende Anlage stellt gesamthaft somit ein energetisch optimiertes Speicher-Tripletten-Konzept dar, in welches sogar ein weiterer verfahrenstechnischer Prozess (bspw. Verstromung, Kälteerzeugung, mechanische Leistungsabgabe oder ähnliche nutzbare Energieform) integriert werden kann, bei dem die prozessbedingten verbleibenden Niedertemperatur-Wärmemengen auf einem noch gut nutzbaren Temperaturniveau durch das Zwischenspeichern in einer Warmwasser-Niedertemperatur-Zone einer weiteren Nutzung auf diesem Temperatur-Niveau zu einem bedarfsgerechten Zeitpunkt erhalten bleibt, wobei noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl von Details abweichend von obigen Erläuterungen sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims

Verfahren oder Anlage zur Nutzung regenerativer geothermischer Energie durch Entnahme von ein erstes Temperaturniveau aufweisendem Wärmeträgermittel, insbesondere Grundwasser, aus einer ersten im Untergrund liegenden Speicherzone (1), welches nach Abkühlung durch Wärmeentnahme vorzugsweise in einem Wärmetauschprozess einer zweiten Speicherzone (2) zugeführt wird oder zuführbar ist, in welcher ein zweites Temperaturniveau herrscht, welches niedriger als das erste Temperaturniveau ist, wobei weiterhin eine von einer anderen Energiequelle (22, 23) bereitgestellte sogenannte externe Wärmeenergie gespeichert wird oder speicherbar ist, indem Wärmeträgermittel aus einer Speicherzone (1) entnommen wird oder entnehmbar ist und nach Erwärmung durch die externe Wärmeenergie für eine spätere Entnahme gespeichert wird oder speicherbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass für die Speicherung des durch die externe Wärmeenergie erwärmten Wärmeträgermittels eine dritte Speicherzone (3) vorgesehen ist, und dass Wärmeträgermittel aus der dritten Speicherzone (3) einem thermische Energie entnehmenden Wärmetauschprozess oder dgl. zugeführt wird oder zuführbar ist, wonach dieses abgekühlte Wärmeträgermittel einer der Speicherzonen (1, 2) mit niedrigerem Temperaturniveau zugeführt wird oder zuführbar ist.
Verfahren und/oder Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Wärmeenergie zumindest einer Teilmenge des aus der ersten Speicherzone (1) entnommenen Wärmeträgermittels zugeführt wird oder zuführbar ist und dass in der dritten Speicherzone (3) ein drittes Temperaturniveau herrscht, welches höher als das erste Temperaturniveau ist.
Verfahren und/oder Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als externe Wärmeenergie die Abwärme oder Überschusswärme aus einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage oder einer anderen technischen Anlage, beispielsweise als sog. Fernwärme oder Nahwärme herangeführt, verwendet wird oder verwendbar ist.
Verfahren und/oder Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem aus der ersten Speicherzone (1) entnommenen Wärmeträgermittel vor Zufuhr der externen Wärmeenergie ein Teil der im Wärmeträgermittel enthaltenen thermischen Energie entnommen wird oder entnehmbar ist, so dass dieses Wärmeträgermittel im abgekühlten Zustand mit der externen Wärmeenergie beaufschlagt wird oder beaufschlagbar ist.
Verfahren und/oder Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der dritten Speicherzone (3) entnommene Wärmeträgermittel nach Abkühlung im Wärmetauschprozess oder dgl. der zweiten Speicherzone (2) zugeführt wird.
Verfahren und/oder Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher die externe Wärmeenergie anteilig über eine Arbeitsmaschine (8) oder dgl. nutzender technischer Verfahrensprozess eingebunden wird oder einbindbar ist, indem ein Teil von dessen Restwärme über ein sog. Wärmetauscher-Verschubsystem (40) dem aus der zweiten Speicherzone (2) entnommenen Wärmeträgermittel zugeführt wird oder zuführbar ist, welches danach in die erste Speicherzone (1) eingeleitet wird oder einleitbar ist.
Verfahren und/oder Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Wärmeträgermittel aus der dritten Speicherzone (3) anteilig der Arbeitsmaschine (8) oder dgl. des einbindbaren technischen Verfahrenprozesses zugeführt wird oder zuführbar ist und danach der ersten Speicherzone (1) zuführbar ist oder zugeführt wird.