DE2445682A1 - Utilization of latent heat in the earth - in which water is pumped into rock cavities - Google Patents

Utilization of latent heat in the earth - in which water is pumped into rock cavities

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DE2445682A1
DE2445682A1 DE19742445682 DE2445682A DE2445682A1 DE 2445682 A1 DE2445682 A1 DE 2445682A1 DE 19742445682 DE19742445682 DE 19742445682 DE 2445682 A DE2445682 A DE 2445682A DE 2445682 A1 DE2445682 A1 DE 2445682A1
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Hans Carl Deilmann
Rudolf Helfferich
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    • 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
    • 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
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

A cavity (10) in a rock or mineral of high heat conductivity is tapped, and water, etc. is pumped into a closed circuit through a bore (18) and the cavity. Cavities in Saltdiapir (9) are especially suitable. The water is pumped through a pipe line (12), which passes through the bore, and extends helically along the cavity walls (16), being also connected to a rising pipe (18). The rising pipe is heat insulated, and there is a heat exchanger (19), to transmit the heat to a secondary circuit.

Description

"Verfahren und Anlage zur Erschließung von Ernwärme" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur BrschliefDung von Erdwärrie, bei dem ein Medium, z.S. Wasser mit der Erdwärme beladen und die Wärme aus dem Medium gewonnen wird. Die Erfindung betrifft ferner Anlagen zur Durchführung eines solchen Verfahrens."Process and system for the development of warmth" The invention relates to a method for breaking geothermal energy, in which a medium, e.g. Water is loaded with geothermal energy and the heat is obtained from the medium. the The invention also relates to systems for carrying out such a method.

Die Erschließung von Erdwärme ermöglicht die Energieerzeugung ohne den Umweg über die Verbrennung von fossilen Brennsteffen oder die Kernspaltung bzw. Kernfusion. Sie hat deshalb den Vorteil der Umweltfreundlichkeit und der Nutzung einer praktisch unbegrenzten Energiequelle. Es kommt jedoch darauf an, ein technisch nutzbares Wärmegefälle zwischen dem mit der Erdwärme beladenem Medium und dem Wärmeverbraucher zu schaffen und dabei die Erschließungs-und Betriebskosten möglichst niedrig zu halten.The development of geothermal energy enables energy to be generated without the detour via the combustion of fossil fuels or nuclear fission or Nuclear fusion. It therefore has the advantage of being environmentally friendly and easy to use a practically unlimited source of energy. It comes down to a technical one, however usable heat gradient between the Geothermal loaded medium and to create the heat consumer, thereby reducing the development and operating costs to keep it as low as possible.

Es ist bekannt, Dampf- und Thermalquellen als Primärenergie zur Gewinnung von elektrischem Strom und zur Beheizung z.B. von Gebäuden, Sieålungen, Gewächshäusern und Industriebetrieben zu nutzen.It is known to use steam and thermal springs as primary energy for extraction of electricity and for heating e.g. buildings, Sieålungs, greenhouses and industrial companies.

Kennzeichnend fir diese bekannten Verfahren ist die Verwendung der starken Wärmeunterschiede, die sich durch den Vulkanismus auf und unter der Erde ergeben. Die bekannte Art der Erschließung von Erdwärme hat den Nachteil, daß die Anwendung solcher Verfahrens auf diejenigen Gebiete der Erde beschränkt sind, welche über Vulkane oder Subvulkane mit Dampf- oder Thermalquellen verfügen.These known methods are characterized by the use of the strong heat differences caused by volcanism on and under the earth result. The known type of development of geothermal energy has the disadvantage that the Application of such procedures are limited to those areas of the world which have volcanoes or sub-volcanoes with steam or thermal springs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, rdwärme auch in anderen Gegangen der Erde zu erschließen.The invention is based on the object of providing heat in others Gone to tap the earth.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Kaverne in eine eine hohe WärmeleitfähiglLeit aufweisenden Gestein odpr Mineral angebohrt und das Medium in einem geschlossenen Kreislauf durch die Bohrung sowie e die Kaverne geführt wird.According to the invention, this object is achieved in that a cavern Drilled into a rock or mineral with a high thermal conductivity and the medium in a closed circuit through the borehole and e the cavern to be led.

Insbesondere finden für das erfindungsgemäße Verfahren die iapire Verwendung. In solchen pfropfes oder pilzförmigen Gesteins- oder Mineralkörpern entsteht nämlich bei Vorliegen der übrigen Voraussetzun-en des erfindungsgemaßen Verfahrens ein Schornsteineffekt. Dieser bewirkt, daß der Erdwärmezufluß gerade indem Diapir anomal hoch ist. Es ergibt sich dann also der Vorteil, daß die Erdwärme in einer Gesteins- oder Mineralschicnt erschlossen wird, die besonders viel i Wärme führt und dadurch das Medium entsprechend stark mit Wärme beladen kann. In particular, the iapire Use. In such plug or mushroom-shaped rock or mineral bodies namely arises when the other prerequisites of the invention are met Procedure a chimney effect. This causes the geothermal flow to be straight in that diapir is abnormally high. So there is then the advantage that the geothermal energy is tapped in a rock or mineral layer that has a particularly large amount of heat and thus the medium can be heavily loaded with heat.

Ferner wird das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise dort durchgeführt, wo besonders geringe Erschließungskosten aufzuwenden sind. Gemäß dieser Ausführungsform des Verfahrens finden Salzdiapire Verwendung. Furthermore, the method according to the invention is preferably carried out there where particularly low development costs are to be incurred. According to this embodiment of the process, salt diapires are used.

Steinsalz ist im Gegensatz zu den meisten Sedimentgesteinen ein sehr guter Wärmeleiter und weist hohe Wärmegradienten auf. Während außerhalb des Salzgebirges die Isothermen mit der geothermischen Tiefenstufe beispielsweise 300 C / 1000m verhältnismäßig regelmäßig verlaufen, werden die Isothermen in Salz stöcken zur Oberfläche hin aufgewölbt und verlaufen in dichten Abständen. Bei der großen Mächtigkeit der Salzlagerstätten, die über einige Kilometer reichen kann, ergibt sich ein anomal hoher Erdwärmezufluß, der bei Ausbetung der Erdwärme zu einem sehr raschen, stetigen und großen Wärmenachschub führt. In contrast to most sedimentary rocks, rock salt is a very good heat conductor and has high thermal gradients. While outside the salt mountains the isotherms with the geothermal depth level, for example 300 C / 1000m, are proportionate run regularly, the isotherms in salt domes bulge towards the surface and run at close intervals. With the big one Mightiness of Salt deposits, which can extend over a few kilometers, are anomalous high inflow of geothermal energy, which becomes very rapid and steady when the geothermal energy is exploited and leads to a large supply of heat.

Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hat den Vorteil, daß sie in vielen Gebieten der Erde verwirklicht werden kann, weil eine Vielzahl von Salzstrukturen großer Mächtig..This embodiment of the method according to the invention has the advantage that it can be realized in many regions of the world because there are so many of salt structures of great power.

keiten (800-1000 m und mehr) in Form von Salzstöcken oder Salzdomen stark verbreitet ist; das ist s.B.(800-1000 m and more) in the form of salt domes or salt domes is widespread; that's s.B.

im nordwestdeutschen Raum der Fall.the case in north-west Germany.

Außerdem sind in derartigen Salzlagerstätten häufig Kavernen vorhanden. Eine Reihe von Staaten, darunter auch die Bundesrepublik Deutschland schreiben gesetzlich eine Mineralölbevorratung vor. Die großen Vorratsmengen können nur in unterirdischen Hohlräumen untergeb-racht werden. Hierfür kommen vor allem aug gesolte Kavernen in'Salzstöcken in Betracht. Infolgedessen sind bereits die für das erfindungsgemäße Verfahren notwendigen Kavernen für die behälterlose Speicherung von Erdöl und Erdgas in vielen Gegenden vorhanden oder müssen ohnehin angelegt werden.In addition, caverns are often present in such salt deposits. A number of states, including the Federal Republic of Germany, write legally a mineral oil reserve. The large quantities of stocks can only be found underground Cavities are accommodated. Solved caverns are primarily used for this purpose in 'salt stocks into consideration. As a result, are already for the inventive Process necessary caverns for the containerless storage of crude oil and natural gas present in many areas or have to be created anyway.

Hinzukommt natürlich die planmäßige Hereingewinnung von Steinsalz durch die vervollkommnete Soltechnik, welche Kavernen zurückläßt, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgenutzt werden können.In addition, there is of course the planned extraction of rock salt through the perfected sol technique, which caverns leave behind, which can be exploited with the method according to the invention.

Insbesondere wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens Wasser als Wärmetransportmedium benutzt, das durch die Bohrung in die Kaverne geleitet und durch die Bohrung auch wieder zurückgeführt wird.In particular, water is used in the process according to the invention used as a heat transport medium, which is passed through the borehole into the cavern and is also fed back through the bore.

Wasser kann nämlich, obwohl es große Mengen Salz bei Verwendung von Salzdiapiren lösen würde, in einer geeignet aufgebauten Anlage als Transports medium für die Erdwärme benutzt werden.Water can namely, although there are large amounts of salt when using Salzdiapiren would solve in a suitably constructed facility as a transport medium be used for geothermal energy.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben, das in der Zeichnung schematisch, d.h. unter Fortlassung aller für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Einzelheiten wiedergegeben ist.For a better understanding, the invention is based on a Embodiment described in more detail, which is shown schematically in the drawing, i. omitting all details not necessary for an understanding of the invention is reproduced.

Die Zeichnung zeigt einen senkrechten Schnitt durch die Erdrinde. Die Erdoberfläche ist bei 1 wiedergegeben. rilFrere Schichten2 und 3 folgen aufeinander. Die Schichten 4, 5, 6, 7 und 8 bilden eine Injektionsfalte. In diese Schichten ist nämlich ein pilzförmiger Steinsalzkörper 9 eingedrungen.The drawing shows a vertical section through the earth's crust. The surface of the earth is shown at 1. rilFrere layers 2 and 3 follow one another. Layers 4, 5, 6, 7 and 8 form an injection fold. In these layers is namely a mushroom-shaped rock salt body 9 penetrated.

In dem Salzdom befindet sich eine Kaverne 10.A cavern 10 is located in the salt dome.

Die Kaverne kann eigens für die Zwecke des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden.The cavern can be used specifically for the purposes of the method according to the invention getting produced.

Es läßt sich jedoch auch eine beispielsweise durch planmäßige Gewinnung von Steinsalz entstandene Kaverne benutzen. Die Kaverne ist mit einer Tiefbohrung 11 von der Tagesoberfläche 1 erschlossen.However, it can also be obtained, for example, by systematic extraction Use caverns created by rock salt. The cavern is with a deep borehole 11 accessed from day surface 1.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel trifft die Tiefbohrung 11 die Kaverne 10 in ihrem obersten Teil.In the exemplary embodiment shown, the deep bore 11 meets the cavern 10 in its uppermost part.

Eine Rohrleitung 12 führt von der Tagesoberfläche 1 in die Kaverne 10 durch die Bohrung 11. Diese Rohrleitung verläuft zunächst annähernd bis zum Tiefsten der Kaverne 10, das bei 13 dargestellt ist. An diesen im wesentlichen senkrecht durch die Kaverne 10 verlaufenden und an den in der Bohrung 11 verlegten Rohrleitungsteil 12 angeschlossenen Rohrleitungsteil 14 schließt sich ein spiralförmiger Rohrleitungsabschnitt 15 an.A pipeline 12 leads from the surface 1 into the cavern 10 through the bore 11. This pipeline initially runs approximately to the lowest point the cavern 10, which is shown at 13. Essentially perpendicular to these extending through the cavern 10 and to the pipeline part laid in the bore 11 12 connected pipe part 14 closes a spiral pipe section 15 at.

Auf dem spiralförmigen Teil 15 liegt die Rohrleitung dem Stoß 16 der Kaverne mit einer möglichst großen Fläche an. Man kann das z.B. dadurch erreichen, daß man eine flexible Rohrleitung durch die Tiefbohrung 11 in die Kaverne 10 einführt und sich dabei eines flexiblen Werkstoffes bedient, so daß sich die Rohrleitung den Stößen 16 von selber anlegt.On the spiral-shaped part 15, the pipeline is the joint 16 of the Cavern with as large an area as possible. This can be achieved, for example, by that a flexible pipeline is introduced into the cavern 10 through the deep borehole 11 and makes use of a flexible material, so that yourself the pipeline creates the joints 16 by itself.

In der Kaverne 10 liegt danach der Rohrabschnitt 15 in Spiralen oder windungen auf einer sehr großen Länge dem Kavernenraum an. Es entsteht dadurch eine große Oberfläche, auf der die Rohrleitung mit dem wärmeführenden Salzgestein Kontakte hat.In the cavern 10, the pipe section 15 then lies in spirals or Windings on a very large length to the cavern space. This creates a large surface on which the pipeline contacts the heat-carrying salt rock Has.

An das Ende des spiralförmigen Teiles 15 schließt sich eine ebenfalls durch die Bohrung 11 geführte Rücklaufleitung 18 an. Dieser Rohrleitungsabschnitt ist eine isolierte Steigleitung, die bis zu einem Wärmeaustauscher 19 reicht, welcher bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über Tage, d.h. auf der Erdoberfläche 1 aufgebaut ist. Durch den geschlossenen Kreislauf der RohrabschnitteX12, 15,18und des Wärmeaustauschers 19 wird Wasser als Transportmedium fürdie Erdwärme geschickt. Das Wasser kann infolge des geschlossenen Kreislaufes kein Salz aus dem Diapir 9 herauslösen. Im Wärmeaustauscher 19 kann die Erdwärme einem weiteren Transportmedium aufgeladen werden. Dann wird in einem zweiten Wärmeaustauscher, der in der Zeichnung nicht wiedergegeben ist, die Erdwärme an einen Verbraucherkreislauf abgegeben. Natürlich kann das in der beschriebenen Rohrleitung strömende Wasser, das salzfrei ist, auch unmittelbar in den Erzeugerkreislauf geleitet werden. Allgemein vermeidet die beschriebene Anlage die Mineralisierung des Wärmeträgers, der deshalb kontinuierlich ohne Wärmeaustausch oder Korrosionsprobleme z.B. durch Auskristallisieren dem Diapir Wärme entzieht, die über Tage ebenso problemlos an den Verbraucherkreislauf abgegeben werden kann.At the end of the spiral-shaped part 15 also closes through the bore 11 guided return line 18 on. This pipe section is an insulated riser that extends to a heat exchanger 19, which in the illustrated embodiment above ground, i.e. on the surface of the earth 1 is constructed. Due to the closed circuit of the pipe sections X12, 15, 18 and the heat exchanger 19 is sent water as a transport medium for geothermal energy. Due to the closed circuit, the water cannot get any salt from the Diapir 9 dissolve out. In the heat exchanger 19, the geothermal energy can be used as a further transport medium to be charged. Then in a second heat exchanger, which is shown in the drawing is not shown, the geothermal energy is transferred to a consumer circuit. Naturally the water flowing in the pipeline described can be salt-free is, can also be fed directly into the production cycle. Generally avoids the plant described the mineralization of the heat carrier, which is therefore continuous without heat exchange or corrosion problems, e.g. due to the diapir crystallizing out Removes heat, which is just as easily released into the consumer circuit over the course of days can be.

PatentansprücheClaims

Claims (8)

Patentansprüche 1. Verfahren zur Erschließung von Erdwärme, bei dem ein Medium, z.B. Wasser mit der Erdwärme beladen und die Wärme aus dem Medium gewonnen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß eine Kaverne (10) in einem eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Gestein oder Mineral angebohrt und das edium in einem geschlossenen Kreislauf durch die- Bohrung 18 sowie die Kaverne (10) geführt wird. Claims 1. A method for the development of geothermal energy, in which load a medium, e.g. water, with geothermal energy and extract the heat from the medium is, that a cavern (10) in one a rock or mineral with high thermal conductivity is drilled and that edium in a closed circuit through the borehole 18 and the cavern (10) to be led. 2. Verfahren nach anspruch 1, g e k e n n -z e i ch n e t durch die Verwendung von Kavernen in Diapiren (9).2. Method according to claim 1, g e k e n n -z e i ch n e t by the Use of caverns in Diapiren (9). 3. Verfahren nach Anspruch 2, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h die Verwendung von Salzdiapiren (9).3. The method according to claim 2, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h the use of salt diapirs (9). 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Wasser als Wärmetransportmedium durch die Bohrung in die Kaverne (10) und an deren Stößen (16) entlang geleitet wird, ehe es durch die Bohrung (11) zurückgeführt wird.4. The method according to claims 1 to 3, d a -d u r c h g e k e n nz e i c h n e t that water as a heat transport medium through the bore into the Cavern (10) and its joints (16) is passed along before it through the bore (11) is returned. 5. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, g e k e n n z e i c h -n e t d u r c h eine durch die Bohrung (11) in die Kaverne (10) geführte Rohrleitung (12), welche in der Kaverne das diese umgebende, hoch wärmeleitfähige Gestein berührt und an eine Steigeleitung (18) angeschlosæn ist.5. Plant for performing the method according to claims 1 to 4, g e k e n n n z e i c h -n e t d u r c h one through the hole (11) in the cavern (10) guided pipeline (12), which in the cavern the surrounding, touched highly thermally conductive rock and connected to a riser pipe (18) is. 6. Anlage nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rohrleitung auf dem größeren Teil ihrer in der Kaverne (10) verlegten Lange (14, 15) spiralförmig an den Stößen (16) der Kaverne (10) verlegt ist.6. Plant according to claim 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the pipeline laid on the greater part of their in the cavern (10) Long (14, 15) is laid in a spiral on the joints (16) of the cavern (10). 7. Anlage nach den Ansprüchen 5 und 6, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n et, daß der sich an die spiralförmige Rohrleitung anschließende Steiglietungsabschnitt (18) wärmeisoliert ist.7. Plant according to claims 5 and 6, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n et that the riser section adjoining the spiral pipeline (18) is thermally insulated. 8. Anlage nach den Ansprüche 5 bis 7, g e -k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Wärmetauscher (19) zur Abgabe der Frdwärme an einen Sekundärkreislauf.8. Plant according to claims 5 to 7, g e -k e n n z e i c h n e t d u r c h a heat exchanger (19) for transferring the transport heat to a secondary circuit.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0164714A2 (en) * 1984-06-15 1985-12-18 Hans Zingg Primary energy source for heat pump heating systems

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0164714A2 (en) * 1984-06-15 1985-12-18 Hans Zingg Primary energy source for heat pump heating systems
EP0164714A3 (en) * 1984-06-15 1987-10-07 Hans Zingg Primary energy source for heat pump heating systems

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