DE19625114A1 - Verfahren zur Verbesserung des Wärmeaustausches in einer Geothermiebohrung - Google Patents

Verfahren zur Verbesserung des Wärmeaustausches in einer Geothermiebohrung

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DE19625114A1
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geothermal
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Horst Dipl Phys Wetzel
Detlef Dr Schneider
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00—Geothermal collectors
    • F24T10/10—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground
    • F24T10/13—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes
    • F24T10/17—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes using tubes closed at one end, i.e. return-type tubes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10—Geothermal energy

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung des Wärmeaustausches in einer Geothermiebohrung.
Zur Nutzbarmachung der Erdwärme wird eine aus koaxial ange­ ordneten Mantel- und Innenrohr bestehende Geothermiesonde in Teufen mit entsprechendem Wärmeangebot eingebracht. Dazu wird eine Bohrung in die Erdschichten eingebracht und die Rohr­ tour zementiert (DE 41 15 431, 43 19 111). Dies erfordert hohe Kosten- und Zeitaufwendungen. Darüber hinaus findet nur ein schlechter Wärmeaustausch zwischen der Gesteinswärme und dem im Mantelrohr befindlichen Umlaufmedium statt.
Zur Verbesserung des Wärmeaustausches ist es bekannt, in das Innere der Verrohrung einen Schlauch mit Wärmeübertragungs­ flüssigkeit einzubringen (DE 43 29 269). Obwohl eine Ver­ besserung der Wärmeübertragungseigenschaften erzielt wird, stehen Aufwand und Nutzen in keinem betriebswirtschaftlich günstigen Verhältnis.
Es ist zwar bekannt, Bohrungen für große Teufen auch durch ein Schmelzbohrverfahren herzustellen (DE 39 14 017), jedoch erfordert der Einsatz dieser Bohrung für eine Geothermiesonde ebenfalls wieder eine Verrohrung (F. Sekula, T. Lazar, M. Labas "Neue Technologie für die Herstellung von Bohrungen", Institut für Geotechnik der Slovakischen Akademie der Wissenschaften).
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde die Schmelz­ bohrtechnologie für die Herstellung einer Geothermiesonde mit gleichzeitiger Verbesserung des Wärmeaustausches zwischen Gestein und Umlaufmedium anzuwenden.
Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß das Mantel­ rohr der Erdsonde als eine durch eine Schmelzbohrung herge­ stellte Wandung der Geothermiebohrung ausgebildet und das Innenrohr der Erdsonde über eine Manschette in der Geother­ miebohrung abgestützt wird.
Durch die verfestigte geschmolzene Wandung des Gesteins wird die Gesteinswärme direkt auf das Umlaufmedium übertragen.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt den Schnitt einer Geothermiesonde.
In die Schichten 1 soll die Geothermiesonde 2 eingebracht werden, damit die Gesteinswärme 3 auf das Umlaufmedium 4 übertragen werden kann. Als Mantelrohr wird mittels Schmelz­ bohrverfahren die tragfähige Außenwandung 5 in den Schich­ ten 1 hergestellt. Der Durchmesser der Geothermiesonde 2 ist entsprechend der zu übertragenen Wärmekapazität anzupassen. Die tragfähige Außenwandung 5 stellt als Schmelzwandung einen hervorragenden Wärmeübertrager dar. Zur Verbesserung der Schmelzwandung werden während des Schmelzbohrens verfestigen­ de und/oder auslaugungssichere Stoffe zugesetzt. Um das Tor­ sionsmoment der Bohrung auszugleichen, wird eine schnelle Gegenkraft mit einer Wasserfüllung auf die Schmelzwandung auf gebracht. Eventuell ist eine Druckauflastung des Wassers erforderlich, wobei die Energie des aufgelasteten Wassers zurückgewinnbar ist.
Während des Bohrens stellt das Torsionsmoment kein Problem dar, da Schmelzbohrreste und die erzeugten Gase die Stabili­ tät der Bohrung sichern. Das Bodenteil 6 der Geothermiesonde 2 wird ebenfalls durch Schmelzbohren hergestellt. In die so hergestellte Geothermiesonde 2 wird über die Manschette 7 das isolierte Innenrohr 8 eingebracht und fixiert. Damit ist die Geothermiesonde 2 betriebsbereit, und das kalte Wasser 9 wird über den Mantelraum 10 eingefüllt.
Mittels der über die tragfähige Außenwandung 5 übertragene Gesteinswärme 3 wird das kalte Wasser 9 erwärmt und als war­ mes Wasser 11 über das isolierte Innenrohr 8 abgezogen und entsprechend dem so erzielten Wärmeangebot genutzt.
Zu beachten ist, daß beim mittels Schmelzbohren erzielten: Durchstoßen stark wasserführender oder sedimentreicher Schichten entsprechende Vorkehrungen, z. B. durch Schutzroh­ re, erforderlich sind.
Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erreicht:
  • 1. Die Kosten für die Herstellung der Geothermiesonde werden ca. 80% gesenkt.
  • 2. Die Zeitaufwendungen werden um 30% gesenkt.
  • 3. Durch vergrößerten Durchmesser der Geothermiesonde wird ein größeres Wärmepotential nutzbar.
  • 4. Durch einen wesentlich verbesserten Wärmeübergang wird der Wirkungsgrad wesentlich erhöht.
Bezugszeichenliste
1 Schicht
2 Geothermiesonde
3 Gesteinswärme
4 Umlaufmedium
5 Außenwandung
6 Bodenteil
7 Manschette
8 Innenrohr
9 kaltes Wasser
10 Mantelraum
11 warmes Wasser

Claims (2)

1. Verfahren zur Verbesserung des Wärmeaustausches in einer Geothermiebohrung, wobei eine aus einem Mantel- und einem Innenrohr bestehende Erdsonde als geschlossenes System in die Geothermiebohrung eingebracht wird, gekennzeichnet dadurch, daß das Mantelrohr der Erdsonde als eine durch eine Schmelz­ bohrung hergestellte Wandung der Geothermiebohrung ausge­ bildet und das Innenrohr der Erdsonde über eine Man­ schette in der Geothermiebohrung abgestützt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß während des Schmelzbohrverfahrens die Wandung verfestigende und auslaugungssichere Stoffe zugegeben werden.
DE19625114A 1996-06-14 1996-06-14 Verfahren zur Verbesserung des Wärmeaustausches in einer Geothermiebohrung Withdrawn DE19625114A1 (de)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104271867A (zh) * 2012-03-15 2015-01-07 约瑟夫·格罗特多斯特 用于在山中置入或挖掘空穴的方法和设备
US9162387B2 (en) 2012-01-13 2015-10-20 U.S. Farathane Corporation Assembly and process for creating an extruded pipe for use in a geothermal heat recovery operation
CN106460458A (zh) * 2014-03-21 2017-02-22 约瑟夫·格罗特多斯特 掘进钻孔的方法
US9744710B2 (en) 2012-01-13 2017-08-29 U.S. Farathane Corporation Assembly and process for creating an extruded pipe for use in a geothermal heat recovery operation
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