DE2449807B2 - Anlage zur Erschließung von Erdwärme - Google Patents
Anlage zur Erschließung von ErdwärmeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine AnIs; t zur Erschließung
von Erdwärme, bei der durch eine Tiefbohrung eine produktive geologische Formation erschlossen ist, in
der sich eine zur Aufnahme und Abfuhr der Wärme dienende Flüssigkeit befindet, die die Wärme mit Hilfe
eines Wärmetauschers an eine weitere, als Wärmeträger dienende Flüssigkeit abgibt.
Die Erschließung von Erdwärme ermöglicht die Energieerzeugung ohne den Umweg über die Verbrennung von fossilen Brennstoffen 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 beladenen Medium und dem Wärmeverbraucher zu schaffen und dabei die Erschließungs- und Betriebskosten möglichst niedrig zu halten.
Es ist bereits bekannt (DE-OS 16 01 325), dem Grundoder Oberflächenwasser Wärme zu entziehen, um sie
z. B. für die Raumheizung zu nutzen. Dazu soll ein Fallrohr dienen, um das im gleichmäßigen Abstand eine
Rohrspirale angeordnet ist; das Ganze ist einschließlich eines Expansionsventils einbetoniert, welches zu einer
Wärmepumpe gehört. Der hierdurch erschließbare Rrdwärmezufluß ist jedoch außerordentlich bescheiden
und jedenfalls nicht im industriellen Maßstab nutzbar.
Es ist auch bekannt (CH-PS 3 89 992), zur Steigerung der Wärmeausbeute ein flüssiges oder gasförmiges
Medium, beispielsweise das Wasser eines oberirdischen Sees durch eine Schicht in das Erdinnere zu leiten und
das dort aufgrund der geothermischen Tiefenstufe erwärmte Wasser zum Aufsteigen zu bringen, so daß es
als Warmwasser verwendet werden kann. Ein solches Verfahren scheitert im allgemeinen daran, daß sich um
die unterirdischen Räume, durch die das Medium strömt
und aus deren Umgebung es ,die Wärme abführt, ein
Kältemantel bildet, welcher weiteren Wärmezufluß praktisch unterbindet, so daß die Wärmegewinnung
zum Stillstand kommt.
An diesem Verhalten der Erdschichten scheitert auch ein weiter vorbekanntes Verfahren (FR-PS 4 75 226),
nachdem man Luft durch ein unten geschlossenes Rohr leitet, das in den Boden getrieben oder im Wasser
versenkt ist; in diesem Rohr ist konzentrisch ein
ίο weiteres Rohr angeordnet, durch das die Luft zugeführt
wird, die Abgabe der aufgenommenen in einer Heizung im Kreislauf geführt ist
Daneben ist es bekannt (US-PS 33 48 883), die erhöhte Temperatur von Salzdiapiren zum Herauslösen
des Salzes mit Wasser zu nutzen, und durch Abkühlen der Sole über Tage das Salz auszufällen. Ein solches
Verfahren dient aber ausschließlich der Salzgewinnung und ist zur dauernden Gewinnung und Nutzung von
Erdwärme nicht verwendbar.
Bekanntlich werden auch Dampf- und Thermalquellen als Primärenergie zur Gewinnung von elektrischem
Strom und zur Beheizung z. B. von Gebäuden, Siedlungen, Gewächshäusern und Industriebetrieben
genutzt Kennzeichnend für diese bekannten Verfahren
ist die Verwendung der starken Wärmeunterschiede, die
sich durch den Vulkanismus auf und unter der Erde ergeben. Diese Art der Erschließung von Erdwärme hat
jedoch den Nachteil, daß die Anwendung derartiger Verfahren auf diejenigen Gebiete der Erde beschränkt
sind, welche über Vulkane oder Subvulkane mit Dampfoder Thermalquellen verfügen.
U.a. diese Nachteile sollen durch einen weiter vorbekannten Vorschlag vermieden werden (DE-OS
2! 13 341), von dem die Erfindung ausgeht Das
bekannte Verfahren sieht vor, eine geologische Schicht,
ζ. Β. mit Hilfe einer unterirdischen Sprengung derart durch Risse und Spalten zu öffnen, daß die zur
Wärmeaufnahme und -abfuhr dienende Flüssigkeit unterirdisch im Kreislauf durch ate Schicht und den
Wärmeaustauscher strömen kann. Auch bei diesem Verfahren führt jedoch die Wärmeabfuhr aus dem
Gebirge nach relativ kurzer Zeit zur Ausbildung eines Kältemantels, so daß das Bohrloch unergiebig wird.
Außerdem verändert sich das Riß- und Spaltensystem
durch die strömende Flüssigkeit in unvorhersehbarer
Weise und führt zu erheblichen praktischen Schwierigkeiten, die bislang noch nicht gelöst sind.
Der Erfindung litgt die Aufgabe zugrunde, für eine
Anlage der eingangs bezeichneten Art nicht nur einen
v> hohen Wärmezufluß für die Gewinnung erheblicher
welche zur Aufnahme und Abgabe der Erdwärme dient.
gelöst, daß die geologische Formation ein Salzdiapir ist,
der durch eine Kaverne erschlossen ist, in der sich der
-abfuhr dienende Flüssigkeit befinden.
gesteinen ein sehr guter Wärmeleiter und weist hohe Wärmegradienten auf. Während außerhalb des Salzgebirges die Isothermen mit der geothermischen Tiefenstufe beispielsweise 30° C/1000 m verhältnismäßig regelmäßig verlaufen, werden die Isothermen in Sal/stök-
ken zur Oberfläche hin aufgewölbt und verlaufen in dichten Abständen. Bei der großen Mächtigkeit der
Salzlagerstätten, die über einige Kilometer reichen kann, ergibt sich ein anormal hoher Erdwärmezufluß,
der unter Vermeidung eines Käliemantels zu einem raschen, stetigen und großen Wärmenachschub führt.
Abgesehen von der Erschließung dieses Schornsteineffekts, der in Salzdiapiren auftritt und der dafür sorgt,
daß der Erdwärmezufluß ständig aufrechterhalten bleibt, gestattet es die Erfindung, auf die Umwälzung der
zur Wärmeaufnahme und -abfuhr dienenden Flüssigkeit zu verzichten. Es reicht aus, in der Kaverne eine
salzneutrale Flüssigkeit zu speichern. Dafür kommt in erster Linie eine gesättigte Lauge in Betracht. Eine hj
Reihe von Staaten schreiben aber gesetzlich eine Mineralölbevorratung vor, die in Kavernen erfolgt,
welche durch die vervollkommnete Soltechnik bei der Hereingewinnung von Steinsalz entstehen. Die großen
Vorratsmengen, die in solchen Kavernen bei der behälterlosen Speicherung von Erdöl und Erdgas
bereitgehalten werden, können für das erfindungsgemäße Verfahren ausgenutzt werden.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung weist der in der Kaverne verlegte Wärmetauscher eine
Leitung auf. die auf dem größeren Teil ihr?r Länge spiralförmig ausgebildet ist, und an die spiralförmige
Leitung schließt sich ein wärmeisolierter Steigieitungsabschnitt an. In der einen senkrechten Schnitt durch die
Erdrinde wiedergebenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anlage wiedergegeben.
An die Erdoberfläche 1 schließen sich nach unten die Schichten 2 und 3 an. Die darauf folgenden Schichten
4—8 bilden eine Injektionsfalte. In diese Schichten ist ein pilzförmiger Steinsalzkörper 9 eingedrungen. In
dem Salzturm befindet sich eine Kaverne 10.
Diese Kaverne kann eigens für die Zwecke der Erfindung hergestellt sein; sie kann aber auch durch
planmäßige Gewinnung von Steinsalz entstehen. Sie ist mit einer Tiefbohrung II von der Tagesoberfläche 1
erschlossen. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel trifft die Tiefbohrung 11 die Kaverne 10 in ihrem
oberen Teil.
Eine Rohrleitung 12 führt von der Tagesoberfläche 1 in die Kaverne 10 durch die Bohrung 11 und mündet in
einen Abschnitt 14, der bis zum Tiefsten der Kaverne 10 führt, das bei 13 dargestellt ist. Daran schließt sich ein
spiralförmiger Rohrleitungsabschnitt 15 an. Er folgt im wesentlichen dem Stoß 16 der Kaverne. Das kann v>
dadurch erreicht werden, daß man eine flexible Rohrleitung durch die Tiefbohrung 11 in die Kaverne 10
einführt, wodurch sich die Rohrleitung von selbst den Stoßen 16 anlegt.
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 Rohrabschnitte 12, 15, 18 und des Wärmeaustauschers
19 wird Wasser als Transportmedium für die Frdwärme 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 Wärmetauscher,
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 ü.e Mineralisierung
des Wärmeträgers, der deshalb kontinuierlich ohne Wärmeaustausch oder Korrosionsprobleme z. B. durch
Auskristallisieren Wärme abführt, die über Tage ebenso problemlos an den Verbraucherkreislauf abgegeben
werden kann. Den Wärmeaustausch mit dem Gebirge besorgt ein weiteres Medium, für das hauptsächlich
Wasser in Frage kommt, wenn es sich bei einer Salzlagerstätte um eine gesättigte Lauge handelt Wird
die Kaverne zur Speicherung von Erdöl verwendet, so kann natürlich das Erdöl den Wärmetransport übernehmen.
Von besonderem Interesse sind insbesondere im Salz hergestellte Kavernen, die mit flüssigem Erdgas gefüllt
werden, um die eingangs beschriebene Vorratshaltung durchzuführen. Hierbei wirkt das erfindungsgemäße
Verfahren als Wärmepumpe, welche aus dem die Kaverne umgebenden Gebirge die Wärme entnimmt
und dadurch die im Erdgas gespeicherte Wärme zurückgewinnt bzw. nutzbar macht.
Obwohl man als Wärmeträger hauptsächlich Wasser verwenden wird, weil Wasser das billigste Medium ist,
kommen daneben auch andere Flüssigkeiten, z. B. Alkohol in Betracht Die Strömung des Mediums ist
grundsätzlich beliebig. Zweckmäßig wählt man sie so, daß das Medium vom tiefsten und damit wärmsten
Punkt auf kürzestem Wege zu dem oder den Wärmetauschern über Tage geführt wird, wie es in der
Zeichnung dargestellt ist.
Claims (4)
1. Anlage zur Erschließung von Erdwärme, bei der durch eine Tiefbohrung eine produktive, geologische
Formation erschlossen ist, in der sich eine zur Aufnahme und Abfuhr von Wärme dienende
Flüssigkeit befindet, die die Wärme mit Hilfe eines Wärmetauschers an eine weitere, als Wärmeträger
dienende Flüssigkeit abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die geologische Formation ein
Salzdiapir (9) ist, der durch eine Kaverne (10) erschlossen ist, in der sich der Wärmetauscher und
die zur Wärmeaufnahme und -abfuhr dienende Flüssigkeit befindet
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme aufnehmende und abführende
Flüssigkeit Erdöl ist, das in der Kaverne gespeichert ist.
3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme aufnehmende und abführende
Flüssigkeit flüssiges Erdgas ist, das in der Kaverne gespeichert ist
4. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Kaverne (10)
verlegte Wärmetauscher eine Leitung aufweist, die auf dem größeren Teil ihier Länge (14, 15)
spiralförmig ausgebildet ist, und daß sich an die spiralförmige Leitung ein wärmeisolierter Steigeleitungsabschnitl (18) anschließt
Priority Applications (1)
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ID=5928709
Family Applications (1)
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DE2449807A Expired DE2449807C3 (de) | 1974-10-19 | 1974-10-19 | Anlage zur Erschließung von Erdwärme |
Country Status (1)
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---|---|
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO1996023181A1 (en) * | 1995-01-27 | 1996-08-01 | Eli A S | Hole in the ground for transfer of geothermal energy to an energy-carrying liquid and a method for production of the hole |
DE19519993C2 (de) * | 1995-05-24 | 2002-03-14 | Ver Energiewerke Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Geothermiesonde |
DE102007003066A1 (de) * | 2007-01-20 | 2008-07-24 | Sasse, Heiko, Dipl.-Ing. | Anlage zur Erschließung und Nutzung thermischer Energie aus wärmeführenden Erdformationen |
EP2253799A2 (de) | 2009-05-13 | 2010-11-24 | Ulrich Dr. Wagner | Verfahren zur Wärmegewinnung aus goethermischer Energie |
DE102010006141A1 (de) * | 2010-01-29 | 2011-08-04 | Piasentin, Angelo, 81245 | DDS für die tiefe Erdwärme |
Families Citing this family (2)
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---|---|---|---|---|
JPS5685269U (de) * | 1979-12-06 | 1981-07-09 | ||
US6267172B1 (en) | 2000-02-15 | 2001-07-31 | Mcclung, Iii Guy L. | Heat exchange systems |
-
1974
- 1974-10-19 DE DE2449807A patent/DE2449807C3/de not_active Expired
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DE102009021160A1 (de) | 2009-05-13 | 2010-12-02 | Ulrich Dr. Wagner | Verfahren zur Wärmegewinnung aus georthermischer Energie |
DE102010006141A1 (de) * | 2010-01-29 | 2011-08-04 | Piasentin, Angelo, 81245 | DDS für die tiefe Erdwärme |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE2449807C3 (de) | 1980-05-14 |
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