DE202013004494U1 - - Neuartige Vorrichtung zur Förderung von Thermalflüssigkeit als Ersatz für die derzeitigen Tauchkreisel- und Mammutpumpen - Google Patents

Abstract

Das Fördern von Thermalflüssigkeit ohne Tauchkreiselpumpe in der Förderbohrung

Description

• Die Erfindung betrifft eine neuartige Vorrichtung zur Förderung von Thermalflüssigkeit Übertage als Ersatz für die derzeitige Tauchkreiselpumpe
• Die Erfindung betrifft eine neuartige Vorrichtung zur Förderung von Thermalflüssigkeit Übertage als Ersatz der Mammutpumpe in der Testphase.
• Um Wärmeenergie aus der Thermalflüssigkeit (22) gewinnen zu können, muss mit Tiefenbohrungen (1) (2) das Thermalflüssigkeit beinhaltende Aquifer (21) angebohrt werden und mittels einer eingebauter Tiefenpumpe (3) in der Förderbohrung (1) die im Aquifer (21) vorhandene Thermalflüssigkeit (meistens geringfügig gashaltig) zur Energiegewinnung (19) an die Oberfläche gefördert werden. Wegen des geringen Rohrdurchmessers der Förderbohrung (1) müssen die Tauchkreiselpumpen (3) nacheinander geschaltet und mit einem elektr. Motor mit hoher Leistung versehen werden und erreichen dadurch eine Länge von mehreren Metern. Um bei der Förderung der Thermalflüssigkeit die nötige Überdeckung zu gewährleisten, müssen die Tauchkreiselpumpen in einer Tiefe von mehreren hundert Metern eingebaut werden. Die sehr teuren und technisch aufwendigen Pumpen mit Motoren sind den Chemismus des Wassers, hohen Temperaturen, Schwebstoffen in der Thermalflüssigkeit, Stromschwankungen sowie erheblichen Drücken ausgesetzt. All diese Faktoren haben meistens einen negativen Einfluss auf die Lebensdauer der Tauchkreiselpumpen (3). Um den Druckausgleich im Aquifer beizubehalten, wird mittels einer Re-Injektionsbohrung (2) und Verpresspumpe (23) die Thermalflüssigkeit (22) wieder dem Aquifer (21) zugeführt. Um Ausgasungen zu vermeiden ist eine Druckhaltung (4) der Flüssigkeit notwendig. (1)
• Nach Fertigstellung der Tiefenbohrung wird Luft oder Gas einige Hundert Meter unterhalb des sich eingestellten Ruhewasserpegels (8) der Flüssigkeitssäule in die Flüssigkeit gedrückt. Diese vermischen sich mit der Flüssigkeit und drücken die oberhalb liegende Flüssigkeit Richtung Öffnung. (Mammutpumpenprinzip) Je nach austretender Flüssigkeitsmenge wird so die Förderleistung der Tiefenbohrung festgestellt. Das an der Öffnung angekommene Gas-Wassergemisch entspannt in einem offenen Behälter. Diese Flüssigkeit kann von dort mittels Fördervorrichtung (Pumpe) befördert werden. Dies führt zu unterschiedlichsten Emissionen wie Dampf-, Geruch- oder Gasbildung am Flüssigkeitsaustritt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im Aquifer (21) vorhandene Thermalflüssigkeit (22) mittels einer Pumpe Übertage (17) zu fördern, um der Flüssigkeit die Wärmeenergie entziehen zu können. Die anfällige und teure Tiefenpumpe (3) mit hoher Stromaufnahme im Förderstrang (1) zu ersetzen und gleichzeitig die Druckhaltung (4) in einem geschlossenem System sowie die Rückführung der Thermalflüssigkeit mittels Re-Injektionsbohrung (2) in den Aquifer (21) zu gewährleisten.
• Die Mammutpumpe bei den Fördertest nach Fertigstellung der Tiefenbohrung zu ersetzen. Die beim Mammutpumpentest entstehenden Emissionen zu vermeiden.
• Da im Aquifer (21) die Thermalflüssigkeit (22) vorhanden ist und mit einem Raum an der Oberfläche kommuniziert, strömt es je nach Höhenlage des Bohrgeländes zu dem Referenzgelände eigenständig einen Ruhehewasserpegel (8) in der Tiefenbohrung an. Dieser liegt in der Regel mehrere Meter unter Geländeoberkannte (13) der Förder- (1) bzw. Re-Injektionsbohrung (2). Durch die Wärmeausdehnung der Thermalflüssigkeit wird dieser Pegel positiv ansteigend beeinflusst. (3)
• Der an den Bohrenden der Tiefenbohrungen vorhandene Druck richtet sich nach der Tiefe der Förder- bzw. Re-Injektionsbohrung und verringert sich hin zum Ruhewasserpegel der Bohrungen.
• Durch das Ersetzen der Förderpumpe (3) durch ein Förderrohr (7) in den Ankerrohrraum (5), an dessen unteren Ende ein Regel- bzw. Rücklaufventil (9) angebracht ist, welches ermöglicht, den unter den Regel- bzw. Rücklaufventil (9) liegenden Teil der Tiefenbohrungen (1) (2) zeitweise abzuschließen.
• Durch Schließen des Regel- bzw. Rücklaufventil (9) in der Förderbohrung und Schließen des Ventils (25) im Förderstrang und Beaufschlagung des Ruhewasserpegels mit Druck im Pufferraum (6) des Ankerrohr strömt die Thermalflüssigkeit durch Öffnungen (11) oberhalb des Regel- bzw. Rücklaufventils (9) aus dem Pufferraum in das Förderrohr (7) zur Steigleitung (24) an die Oberfläche, bis die gesamte Luftmenge im Förderstrang verdrängt ist und das Förderrohr bis zum Entlüftungsventil (10) mit Flüssigkeit gefüllt ist. (4) Danach wird das Ventil (10) geschlossen und das Regel- bzw. Rücklaufventil (9) in der Förderbohrung geöffnet, die Druckhaltung im Pufferraum minimiert (12), bis sich der Ruhewasserpegel im Pufferraum (6) wieder einstellt.
• Nach Einstellen des gewünschten Drucks zur Druckhaltung (12) in der Förderbohrung und öffnen des Ventils (25) kann die Thermalflüssigkeit mit einer herkömmlichen Pumpe Übertage (19) gefördert und wenn nötig mit dieser wieder verpresst werden. Mitgeführte Feststoffrückstände spielen dabei keine Rolle.
• Mit dem in der Re-Injektionsbohrung (2) befindlichen Regelventil (4) am unteren Ende des Fallrohrs wird die Druckhaltung geregelt. (5) Dabei hat der Wärmeausdehnungsunterschied zwischen Förder- und Re-Injektionsbohrung einen positiven abfallenden Einfluss auf die Leistungsaufnahme der Förderpumpe (17). (3)
• Bei diesem System wird eine Flüssigkeitssäule mit Druck beaufschlagt, nicht vermischt wie bei der Mammutpumpenförderung. Die mit Druck beaufschlagte Flüssigkeitssäule wird Richtung Öffnung gedrückt und gelangt so zur Fördervorrichtung (Pumpe) und kann mit dieser weiterbefördert werden,
• Durch die permanente Druckbeaufschlagung der Flüssigkeitssäule ist eine Ausgasung oder Verdampfung der Flüssigkeitssäule nicht möglich, im Gegensatz zur Mammutpumpe, wo dies in Kauf genommen wird. Durch das geschlossene und unter Druck gehaltene System finden zudem keinerlei Emissionen statt.
• Da das System geschlossen und unter Druck gehalten werden muss, ist es wichtig, in der Förderbohrung sowie in der Re-Injektionsbohrung die Druckhaltung unter dem Betriebsruhewasserpegel zu platzieren.
• Die Ansteuerung der Regel- bzw. Rücklaufventile kann mechanisch oder elektrisch direkt oder indirekt erfolgen.
• Die Vorteile des Anspruches sind wie folgt:
• • Erheblich geringerer Energieverbrauch
• • Standartpumpen einsetzbar
• • Erheblich geringere Anschaffungskosten der Pumpen
• • Geringere Wartungszeiten
• • Ein Parallelbetrieb der Förderpumpen ist möglich
• • Geringere Störanfälligkeit
• • Erheblich geringere Emissionen in der Testphase
• • Entfallen der Re-Injektionspumpe
• • Zusätzliche Entgasung des mitgeführten Gases ist möglich
• • Höhere Rentabilität
• Bezugszeichenliste

1

Förderbohrung

2

Re-Injektionsbohrung

3

Tauchkreiselpumpe

4

zur Druckhaltung

5

Ankerrohr

6

Pufferraum

7

Förderrohr

8

Ruhewasserpegel

9

Regel- bzw. Rücklaufventil

10

Entlüftung

11

Öffnungen im Förderrohr

12

Druckbeaufschlagung

13

Gelände Oberkante (GOK)

14

unter Gelände Oberkante (uGOK)

15

Ultraschall Füllstandsmessung

16

Abgasvorrichtung

17

Motor u. Pumpe Übertage

18

Re-Injektionsrohr

19

Energieübergabe

20

Stellmotor

21

Aquifer

22

Thermalflüssigkeit

23

Verpresspumpe

24

Steigleitung

25

Absperrventil

• 1 zeigt den Betrieb mit einer Tauchkreiselpumpe (3) in ca. 600 m Tiefe der Förderbohrung (1) im Betriebszustand. Die Druckhaltung wird vom Drosselventil (4) gewährleistet.
• 2 zeigt die neuartige Vorrichtung zur Förderung von Thermalflüssigkeit Übertage als Ersatz für die derzeitige Tauchkreiselpumpe (3) im Sillstand. Dabei ist das Regel- bzw. Rücklaufventil in der Förderbohrung geschlossen und zum Druckausgleich das Regel- bzw. Rücklaufventil in der Re-Injektionsbohrung geöffnet.
• 3 zeigt die neuartige Vorrichtung zur Förderung vor Inbetriebnahme der Förderung von Thermalflüssigkeit Übertage. Regel- bzw. Rücklaufventil (9) in der Förder- sowie in der Re-Injektionsbohrung (1) (2) sind geöffnet. Die Ruhewasserpegel (8) (14) in der Förder- so wie in der Re-Injektionsbohrung (1) (2) hat sich eingestellt.
• 4 zeigt die neuartige Vorrichtung zur Förderung bei der Befüllung bis zur Wärmeübergabe. Regel- bzw. Rücklaufventil (9) in der Förderbohrung (1) sowie Absperrventil (25) wird geschlossen und Entlüftungsventil (10) geöffnet. Der Pufferraum (6) wird mit Druck beaufschlagt. Die Druckbeaufschlagung bewirkt, das die Flüssigkeit vom Pufferraum (6) Richtung Förderrohr (7) und weiter zur Steigleitung (24) und Pumpe (17) bis zum Entlüftungsventil (10) gedrückt wird.
• 5 zeigt die neuartige Vorrichtung zur Förderung in Betrieb. Pumpe (17) ist im Betrieb, Regel- bzw. Rücklaufventil (9) in der Förderbohrung (1) sowie Absperrventil (25) sind geöffnet, Entlüftungsventil (10) geschlossen. Der Pufferraum (6) wird auf Betriebsdruck eingestellt. Mit der Druckhaltevorrichtung (4) wird die Druckhaltung im System eingestellt. Durch die Absenkung des Flüssigkeitspegels im Pufferraum (6) erhöht sich die Druckdifferenz zwischen Förderbohrung (1) und Pufferraum (6). Somit strömt Thermalfüssigkeit (22) in den Pufferraum (6) und Förderrohr (7) nach. Durch die Wärmeabnahme (19) sinkt in der Re-Injektionsbohrung (2) der Thermalflüssigkeitspegel (14) ab und wirkt sich dadurch positiv auf das Flüssigkeitsverhalten in Strömungsrichtung aus.

Claims (16)

1. Das Fördern von Thermalflüssigkeit ohne Tauchkreiselpumpe in der Förderbohrung
2. Das zurückführen der Thermalflüssigkeit ohne Verpresspumpe
3. Das Entfallen der Tauchkreiselpumpe in der Förderbohrung bei der Förderung von Thermalflüssigkeit
4. Das Entfallen der Re-Injektionspumpe bei der Zurückführung von Thermalflüssigkeit
5. Ein Regel- bzw. Rücklaufventil in der Förderbohrung unterhalb des Ruheflüssigkeitspegels
6. Ein Regel- bzw. Rücklaufventil in der Re-Injektionsbohrung unterhalb des Flüssigkeitspegels
7. Das Einbringen eines Förderrohres zum Fördern von Thermalflüssigkeit in den Ankerrohrraum der Re-Injektionsbohrung
8. Das Einbringen eines Förderrohres zum Fördern von Thermalflüssigkeit in den Ankerrohrraum der Förderbohrung
9. Die Beaufschlagung des Ruheflüssigkeitspegels mit Druck im Pufferraum des Ankerrohres der Förderbohrung
10. Positionierung der Regel- bzw. Rücklaufventile in der Förder- bzw. Re-Injektionsbohrung.
11. Regel- bzw. Rücklaufventil
12. Messmethode Ruhewasserpegelmessung
13. Stellvorrichtung Regelventile
14. Die Druckhaltung
15. Die Abgasung
16. Die Gewinnung von Energie aus dem Thermalflüssigkeitsführenden Aquifer

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