DE4229185A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Energie aus Erdwärme - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Energie aus Erdwärme

Info

Publication number
DE4229185A1
DE4229185A1 DE4229185A DE4229185A DE4229185A1 DE 4229185 A1 DE4229185 A1 DE 4229185A1 DE 4229185 A DE4229185 A DE 4229185A DE 4229185 A DE4229185 A DE 4229185A DE 4229185 A1 DE4229185 A1 DE 4229185A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heat
transfer medium
heat transfer
channels
area
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE4229185A
Other languages
English (en)
Other versions
DE4229185C2 (de
Inventor
Hans Dipl Ing Kieslinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KIESLINGER HANS DIPL ING FH
Original Assignee
KIESLINGER HANS DIPL ING FH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KIESLINGER HANS DIPL ING FH filed Critical KIESLINGER HANS DIPL ING FH
Priority to DE4229185A priority Critical patent/DE4229185C2/de
Publication of DE4229185A1 publication Critical patent/DE4229185A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE4229185C2 publication Critical patent/DE4229185C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F24F5/0046Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater using natural energy, e.g. solar energy, energy from the ground
    • F24F5/005Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater using natural energy, e.g. solar energy, energy from the ground using energy from the ground by air circulation, e.g. "Canadian well"
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/30Specific pattern of wells, e.g. optimizing the spacing of wells
    • E21B43/305Specific pattern of wells, e.g. optimizing the spacing of wells comprising at least one inclined or horizontal well
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F24F5/0046Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater using natural energy, e.g. solar energy, energy from the ground
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24TGEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00Geothermal collectors
    • F24T10/10Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24TGEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00Geothermal collectors
    • F24T10/30Geothermal collectors using underground reservoirs for accumulating working fluids or intermediate fluids
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/40Geothermal heat-pumps
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/54Free-cooling systems
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10Geothermal energy

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von En­ ergie aus Erdwärme, bei dem ein strömungsfähiges Wärmeträ­ germedium über einen oder mehrere Schächte oder Kanäle entsprechend weit nach unten ins Erdinnere als Wärmereservoir geführt wird, dort Wärme aufnimmt und dann wieder nach oben zu einer Kraftmaschine, insbesondere zu einem Strom erzeugenden Turbogenerator, und/oder zu sonstigen Nutzungseinrichtungen geleitet wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit einem oder mehreren in das Erdinnere gebohrten Schächten oder Kanälen, wodurch ein nach unten führender Zuführ- und ein nach oben führender Abführbereich für strömendes Wärmeträgermedium gebildet sind.
Es ist das sogenannte Hot-dry-rock-Verfahren bekannt (vgl. "Wie funktioniert das? Die Technik im Leben von heute", 3. Auflage, Meyers Lexikon Verlag), bei dem Wärme aus heißen trockenen Gesteinen unterhalb der Erdoberfläche genutzt wird: Mit zwei unterschiedlich langen und nebeneinander verlaufenden Bohrungen wird diese Gesteinsformation ange­ bohrt, und mit hydraulischen Crackverfahren wird in ihr eine große Rißfläche erzeugt, die dann als Wärmeübertrager dient. Kaltes Wasser wird durch das eine, längere Bohrloch hindurch in die künstlich angelegte Klüfte hinabgepreßt und nimmt über die Rißfläche die Gesteinswärme auf. Als Heiß­ wasser oder Dampf tritt es dann von der Klüfte aus in das untere Ende des zweiten, kürzeren Bohrlochs ein und wird darin zur Erdoberfläche geführt, wo es zur Wärmebereitstel­ lung oder in einem Kraftwerk genutzt werden kann. Damit das Heißwasser oder der Dampf mit ausreichender Strömungsener­ gie nach oben gelangen kann, und zudem das kalte Wasser nach dem Austreten von dem ersten, längeren Bohrloch mög­ lichst tief in die Rißflächen hineingepreßt wird, ist al­ lerdings eingangsseitig an der Erdoberfläche eine Wasserpumpe hoher Leistung einzusetzen. Geothermische Anomalien lassen sich mit diesem Verfahren zwar auch dort nutzen, wo keine natürlichen Wärmeträger wie heiße Wasser- oder Dampfquel­ len, existieren; jedoch hat das bekannte Wasser-Einpreßver­ fahren zur Voraussetzung, daß heiße trockene Gesteinsforma­ tionen beispielsweise aus Granit mit einer möglichst hohen Temperatur (ca. 3000 Celsius) in möglichst geringer Tiefe (maximal 7000 m unter der Erdoberfläche) überhaupt vorhan­ den sind. Mit zunehmender Tiefe erhöht sich nachteilig die erforderliche Pumpleistung an der Erdoberfläche.
Es wird das der Erfindung zugrundeliegende Problem aufge­ worfen, ein geothermisches Energiegewinnungsverfahren zu schaffen, bei dem der erforderliche Geräteaufwand und die Abhängigkeit von bestimmten geologischen Randbedingungen vermindert sowie der Wirkungsgrad und die Betriebs­ zuverlässigkeit erhöht sind. Zur Lösung wird bei einem Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein innerhalb des Erdinneren geschlossenes und/oder das Wärmeträgermedium kontinuierlich leitendes Schacht- und/oder Kanalsystem verwendet wird, in dem das Wärmeträgermedium erst dann, wenn es den am tiefsten gelegenen und das Wärmereservoir durchsetzenden Bereich des Kanalsystems erreicht hat, derart erwärmt und geführt wird, daß es - mittels natürlichem Auftrieb - im Kanalsystem selbsttätig wieder nach oben zur Kraftmaschine und/oder Weiterverteilung ge­ langt. Das Wärmeträgermedium wird im Rahmen eines Kreislaufs, beginnend und endend an der Erdoberfläche, durch das Erdinnere geführt, ohne daß es das künstliche Ka­ nalsystem verlassen muß; damit werden Verluste an flüssigem oder gasförmigem Wärmeträgermedium vermieden und Beschädi­ gungen insbesondere an Bohrloch- bzw. Rohrenden, die beim bekannten Verfahren beispielsweise durch Strömungsturbulen­ zen aufgrund scharfkantiger Rißflächen entstehen können, vermieden. Ein weiterer mit der Erfindung erzielter Vorteil besteht darin, daß die Verminderung des spezifischen Ge­ wichts, die das Wärmeträgermedium beim Durchströmen des am tiefsten gelegenen Wärmereservoirs erfährt, sich in eine Auftriebskraft bzw. -strömung umsetzt. Das aufgeheizte Wär­ meträgermedium steigt also automatisch nach oben, nachdem es zuvor in seinem kalten Zustand mit daraus resultieren­ dem, hohem spezifischen Gewicht in das tiefst gelegene Wärmreservoir abgesunken ist. Die Verwendung des im Erdin­ neren - gegebenenfalls in sich - geschlossenen Kanalsystems eröffnet den Weg, geothermische Energie auch in solchen Regionen gewinnen zu können, wo weder unterirdische Heißwasser- oder Dampfquellen noch heiße Ge­ steinsformationen vorhanden sind. Das geschlossene Kanalsy­ stem gewährleistet stets eine betriebssichere Zirkulation von Wärmeträgermedium von der Erdoberfläche aus durch das Erdinnere hindurch wieder an die Erdoberfläche.
Mit besonderem Vorteil wird Luft der Erdatmosphäre, die praktisch unbegrenzt und kostenlos vorhanden ist, als Wärmeträgermedium benutzt. Deren spezifisches Gewicht läßt sich durch Aufheizen im Erdinneren besonders stark vermin­ dern, so daß beim Zurückführen nach oben gleichsam ein "Auf­ windeffekt" entsteht, der bei entsprechender Strömungsgeschwindigkeit einen horizontal liegenden Rotor antreibt. Dieser erzeugt über einen Generator elektrische Energie.
Um ein ausreichendes und vor allem geregeltes, der jeweili­ gen Energienachfrage angepaßtes Nachfließen von Erdwärme aus dem das Kanalsystem umgebenden Erdreich, Gestein etc. zu gewährleisten, ist in Weiterbildung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens vorgesehen, daß im am tiefsten gelegenen Kanalsystem-Bereich der Durchfluß bzw. dessen Geschwindig­ keit im Sinne einer Wärmeregulierung gesteuert wird. Dies kann durch zeitweiliges bzw. vorübergehendes Öffnen und Schließen dieses Kanalbereichs gegebenenfalls mit Klappen und/oder Ventilen realisiert werden.
Im Rahmen des allgemeinen Erfindungskonzepts wird zur Lö­ sung des oben genannten Problems alternativ bei einer Vor­ richtung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgeschla­ gen, daß der oder die Kanäle als geschlossenes und/oder das Wärmeträgermedium kontinuierlich leitendes Schacht- oder Kanalsystem ausgebildet sind, das zwischen seinen Zu- und Abführbereichen einen wärmeübertragend ausgebildeten und durch das Wärmereservoir führenden Aufheizbereich aufweist, wobei der Zuführbereich - und vorzugsweise auch der Abführ­ bereich - wärmeisolierend ausgeführt sind. Indem im Zuführ­ bereich aufgrund der dortigen Wärmedämmung das Wärmeträger­ medium zunächst mit weitgehend unveränderter Temperatur und unverändertem spezifischen Gewicht in das Erdinnere strömt, kann ihm mit Erreichen des wärmeleitenden Aufheizbereichs kontinuierlich und relativ schnell Erdwärme übertragen werden, die sich in eine Erhöhung seiner Strömungsenergie bzw. seiner Strömungsgeschwindigkeit nach oben zum Ausgang des Kanalsystems an der Erdoberfläche umsetzt. Durch diese Strömung wird der weitere günstige Effekt erzielt, daß im Zuführbereich ein nach unten gerichteter Sog für neu zuströmendes Wärmeträgermedium entsteht.
Damit im Abführbereich eine spürbare Abkühlung des nach oben strömenden Wärmeträgermediums infolge abnehmender Erd­ wärme aus der Erdreichumgebung, was ja die Strömungsgeschwindigkeit verringern würde, vermieden wird, ist es zweckmäßig, auch den Abführbereich wenigstens im oberen, der Erdoberfläche am nächsten gelegenen Bereich ebenfalls mit einer Wärmedämmung zu versehen.
In Konkretisierung des Erfindungsgedankens sind sowohl der Zuführbereich als auch der Aufheizbereich jeweils mit einer Mehrzahl von Leitungskanälen für Wärmeträgermedium reali­ siert, während der Abführbereich vorzugsweise nur einen einzigen Auftriebskanal, senkrecht nach oben verlaufend, aufweist. Bei Verwendung von Luft als Wärmeträgermedium bildet dieser Auftriebskanal gleichsam einen Aufwindschacht oder -kamin, durch den die erderwärmte Luft nach oben zur Erdoberfläche zwecks weiterer Nutzung entweichen kann.
Um dem Wärmereservoir im Erdinneren möglichst effizient Wärme entziehen zu können, ist es zweckmäßig, dieses mög­ lichst gleichmäßig und über seine ganze Ausdehnung verteilt mit Wärme aufnehmendem Medium zu durchströmen. Hierzu wird nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung vorgeschlagen, gleichsam ein Verteilernetz, gebildet aus einem oder mehre­ ren Verteilerkanälen, vorzusehen, das Zuström- und/oder Aufheizkanäle untereinander verbindet. Damit läßt sich ins­ besondere der Vorteil erzielen, daß bei Ausfall eines Zu­ führkanals (beispielsweise durch Verstopfen oder Rohrbruch) ein diesem nächstgelegener oder zugeordneter Aufheizkanal trotzdem, wenn auch in vermindertem Umfang, weiterhin mit Wärmeträgermedium von anderen Zuführkanälen über das Ver­ teilernetz versorgt werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vor allem dazu ge­ eignet, das erfindungsgemäße Energiegewinnungsverfahren durchzuführen und/oder für ein mit Erdwärme arbeitendes Kraftwerk zur Stromerzeugung verwendet zu werden. Unabhän­ gig von der Sonneneinstrahlung läßt sich dabei kontinuier­ lich (Tag und Nacht) Energie gewinnen. Der Bau ist grund­ sätzlich in allen geographischen Breiten möglich, wobei Ge­ biete mit hoher und hochreichender Erdwärme die Baukosten bei gleicher Leistung bzw. Energieausbeute verringern wür­ den. Da die Wärme-Transportkanäle bzw. -schächte des erfin­ dungsgemäßen Kanal- bzw. Schachtsystems sich ausschließlich unterirdisch erstrecken, ist für die verbleibenden Ein- und Ausgänge des Kanalsystems an der Erdoberfläche nur ein äußerst geringer Flächenbedarf notwendig. Auch die Errich­ tung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Ballungsräumen ist denkbar, wobei der Vorteil besonders kurzer Energietrans­ portwege erzielt wird. Das vom Kanalsystem ausgangseitig entweichende Wärmetransportmedium läßt sich nicht nur zur Stromerzeugung, sondern auch als Lieferant für weiter zu verteilende Abwärme nutzen. Mit besonderen Baukostenvortei­ len lassen sich nicht mehr im Betrieb befindliche Schacht­ anlagen des allgemeinen Bergbaus mit relativ wenigen Bau­ maßnahmen zu einem geschlossenen Schacht- oder Kanalsystem zur Bildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umwandeln. Da zur Bereitstellung des Wärmeträgermediums auf die natür­ liche Ressource Luft zurückgegriffen werden kann, bestehen keine Entsorgungsprobleme. Auch sonst sind Umwelt- und Landschaftsbeeinträchtigungen wegen des bereits genannten geringen Flächenbedarfs und der minimalen Geräuschbelästigung als äußerst gering einzustufen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei­ bung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
Fig. 1 im schematischen Aufriß eine geothermische Kraft­ werksanlage nach der Erfindung, und
Fig. 2 den Grundriß dieser Kraftwerksanlage.
Von der Erdoberfläche 1 sind im Beispiel vier Zuströmkanäle 2 mindestens eintausend Meter (abhängig von der Temperatur im Erdinneren) tief senkrecht nach unten in das Erdinnere 3 verlaufend gebohrt bzw. verlegt, dessen Temperatur bekanntlich mit zunehmender Tiefe ansteigt. Die Außenummantelung jedes Zuströmkanals 2 ist über die gesamte Länge mit einer (nicht gezeichneten) Wärmedämmung versehen. Jeweils in ihrem (untersten) Fußbereich bzw. Ende 4 münden die Zuströmkanäle 2 in einen Verteilerkanal 5, der gemäß Grundriß in Fig. 2 eine ebene und horizontal angeordnete Kreisringform aufweist. Dadurch können zwei innerhalb eines Kreisringquadranten benachbarte Zuströmkanäle bezüglich ihres Strömungsmediums miteinander direkt kommunizieren. Entsprechendes gilt für die insgesamt sechzehn Auf­ heizkanäle 6, die jeweils eingangsseitig am Verteilerkanal 5 angeschlossen sind, von dort sich gegenüber der Horizon­ talen mit dem spitzen Winkel a schräg nach oben ansteigend zum Aufwindkanal 7 erstrecken und in dessen Eingang 8 aus­ gangsseitig einmünden.
Im Gegensatz zu den Zuströmkanälen 2 sind die Aufheizkanäle 6 mit wärmeleitendem Material ummantelt bzw. begrenzt, das insbesondere an der Außenseite radial nach außen vorsprin­ gende Heizrippen (nicht gezeichnet) aufweisen kann, die sich in das Erdinnere 3 erstrecken.
Der Aufwindkanal 7 erstreckt sich senkrecht nach oben zur Erdoberfläche 1 und ist zumindest teilweise ebenfalls mit einer Wärmedämmung versehen, vorzugsweise in seinem oberen, der Erdoberfläche 1 nächstgelegenen Bereich, wo die Tempe­ ratur des Erdinneren (3) nach und nach bis zum Minimum ab­ nimmt. Sämtliche Aufheizkanäle 6 münden mit ihren ausgangs­ seitigen Enden gemeinsam in den (unten gelegenen) Eingang 8 des Aufwindkanals 7. Da die Aufheizkanäle 6 mit dem spitzen Winkel a schräg nach oben ansteigen, liegt der Aufwindka­ nal-Eingang 8 gegenüber den Fußbereichen 4 der Zu­ strömkanäle 2 vertikal nach oben versetzt. Ausgangsseitig mündet der Aufwindkanal 7 in eine Kraftwerk-Generatorhalle 9, die auf der Erdoberfläche 1 den Aufwindkanal-Ausgang ab­ deckt. Innerhalb dieser Halle 9 kann ein stromerzeugender Turbogenerator angeordnet sein, dessen Rotor mit horizontal gelegener Längsachse unmittelbar am Kanalende montiert ist, so daß die Schaufelräder in Wirkungsverbindung bzw. Eingriff mit der durch den Aufwindkanal nach oben strömenden Luft gelangen können. So wird der Rotor durch die kinetische Energie der aufsteigenden, erwärmten Luft angetrieben.
Indem die gedachte Verlängerung des Aufwindkanals 7 nach unten durch den Mittelpunkt des kreisringförmigen Vertei­ lerkanals 5 verläuft, entsteht folgende symmetrische Anord­ nung: Die Aufheizkanäle 6 sind eingangsseitig am gemeinsa­ men Verteilerkanal 5 über dessen Umfang gleichmäßig ver­ teilt angeschlossen und erstrecken sich strahlenförmig nach radial innen und dabei schräg nach oben ansteigend zum un­ ten gelegenen Eingangsende 8 des Aufwindkanals. Die vier Zuströmkanäle 2 münden mit ihren Fußbereichen 4 derart in den Verteilerkanal 5, daß ihre Ausgänge je an einem Auf­ heizkanal-Eingang unmittelbar angrenzen bzw. mit diesem di­ rekt kommunizieren können. Die vier Aufheizkanäle 6, die eingangsseitig so direkt mit den Fußbereichen 4 der vier Zuströmkanäle 2 in Verbindung stehen, begrenzen in ihrer ebenen Projektion gemäß Fig. 2 je einen Kreisringqua­ dranten.
In den Zeichnungen ist angedeutet, daß der Aufwindkanal 7 den größten Durchmesser, die Zuströmkanäle 2 und/oder der Verteilerkanal 5 einen mittleren Durchmesser und die Auf­ heizkanäle 6 jeweils den kleinsten Durchmesser aufweisen. Im übrigen ist es mittels üblicher geophysikalischer, thermo- und aerodynamischer Berechnungen einschlägiger Fachleute ohne weiteres möglich, aufgrund des einmal auf ge­ zeigten Erfindungskonzeptes die günstigsten Relationen zwi­ schen Kanaldurchmesser, -längen, -neigung und Kanaltiefen zu ermitteln.
Die Funktionsweise ist wie folgt. Die wärmeisolierten Zu­ strömkanäle 2 sorgen dafür, daß noch nicht erderwärmte Luft aufgrund ihres relativ hohen spezifischen Gewichts von der Erdoberfläche 1 in Strömungsrichtung 10 nach unten bis in den Fußbereich 4 strömen kann, ohne daß sich ihre Tempera­ tur spürbar erhöht. Aufgrund des ringförmig umlaufenden Verteilerkanals 5 ist eine gleichmäßige Versorgung der Fußbereiche 4 der vier Zuströmkanäle 2 mit Zuluft 13 ge­ währleistet. In den Fußbereichen 4 endet die Wärmedämmung für die nun bis in die tiefste Ebene des Verteilerkanals 5 angelangte Zuluft 13, und die vom Erdinneren 3 dort ausge­ hende Wärme wird ihr in den wärmeleitenden Aufheizkanälen 6 übertragen. Dieses Aufheizen sowie der schräg nach oben an­ steigende Verlauf der Aufheizkanäle 6 führt zu einer Be­ schleunigung der Luftströmung, die in Schrägrichtung 11 nun zum Eingang 8 des Aufwindkanals 7 geleitet wird. Dieser funktioniert gleichsam als in das Erdinnere 3 verlegter Ka­ min, durch den die Luft mit ihrem aus der Erdwärme resul­ tierenden Auftrieb 12 vertikal nach oben in die Generator­ halle 9 gedrückt wird. Die aus den Zuströmkanälen 2 in die Aufheizkanäle 6 gelangende kalte Zuluft wird also dort in Warmluft mit erheblich erniedrigtem, spezifischen Gewicht verwandelt, was sich in eine entsprechende Strömungsenergie bzw. den Auftrieb 12 umsetzt. In Reaktion auf den Auftrieb 12 entsteht am auf der Erdoberfläche 1 befindlichen Eingang der Zuströmkanäle 2 ein (mittels Pfeil angedeuteter) Sog für die Zuluft 13. In der Generatorhalle 9 läßt sich dann die Strömungsenergie der austretenden Warmluft in elektri­ sche Energie umwandeln, wobei die Abwärme für weitere Zwecke genutzt werden kann. Die im oberen Bereich des Auf­ windkanals vorgesehene Wärmedämmung verhindert dabei Verlu­ ste an Strömungsgeschwindigkeit bzw. -energie infolge ab­ nehmender Temperatur des Erdinneren 3.
Die Erfindung ist nicht auf die Realisierung mittels eines eigens in das Erdinnere 3 verlegten Kanalsystems 2, 5, 6, 7 beschränkt. Statt dessen ist es denkbar, sich nicht mehr im Betrieb befindlicher Schächte bzw. Schachtanlagen von Ze­ chen oder sonstigen Bergwerken zu bedienen, die dann wenig­ stens in Zuström-, Aufheiz- bzw. Auftriebsschächte umzu­ bauen bzw. anzupassen wären, ohne daß dabei die in Fig. 1 und 2 gezeigte, strahlen-/sternförmige Konfiguration ver­ wendet werden müßte.

Claims (13)

1. Verfahren zur Gewinnung von Energie aus Erdwärme, bei dem ein strömungsfähiges Wärmeträgermedium (13) über einen oder mehrere Kanäle nach unten (10) ins Erdinnere (3) als Wärmereservoir geführt wird, dort Wärme aufnimmt und dann wieder nach oben (12) zu einer Kraftmaschine (9), insbesondere zu einem stromerzeugenden Turbogenerator, und/oder zu sonstigen Nutzungs- einrichtungen geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Erdinneren (3) ein geschlossenes und/oder das Wärmeträgermedium (13) kontinu­ ierlich leitendes Schacht- und/oder Kanalsystem (2, 6, 7) verwendet wird, in dessen das Wärmereservoir in tiefster Lage durchsetzenden Bereich (5, 6) erst das Wärmeträ­ germedium (13) so erwärmt und geführt wird, daß es mit ei­ nem Auftrieb (12) versehen selbsttätig wieder nach oben zur Kraftmaschine (9) oder sonstigen Nutzungseinrichtung ge­ langt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kanalsystem (2, 6, 7) über einen an der Erdoberfläche (1) gelegenen Einlaß oder Zugang mit einem Reservoir für Wärmeträgermedium (13) in Verbindung gesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung von Luft (13) der Erdatmosphäre als Wärme­ trägermedium.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß im das Wärmereservoir in tiefster Lage durchsetzenden Bereich (5, 6) des Kanalsystems (2, 6, 7) die Menge an durchströmendem Wärmeträgermedium (13) - beispielsweise durch temporäres öffnen und Schließen dieses Kanalbereichs - im Sinne einer Wärmeregulierung gesteuert wird.
5. Vorrichtung mit einem oder mehreren in das Erdinnere (3) gebohrten Schächten oder Kanälen, wodurch ein nach un­ ten (10) führender Zuführ- und ein nach oben (12) führender Abführbereich für strömendes Wärmeträgermedium (13) gebil­ det sind, das ein im Erdinneren (3) befindliches Wärmere­ servoir durchsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Schächte oder Kanäle als innerhalb des Erdinneren (3) geschlossenes und/oder das Wärmeträgermedium (13) kontinu­ ierlich leitendes Schacht- oder Kanalsystem (2, 6, 7) aus­ gebildet sind, das zwischen seinem Zu- und Abführbereich einen wärmeübertragenden und durch das Wärmereservoir füh­ renden Aufheizbereich (6) aufweist, wobei der Zuführbereich - und vorzugsweise auch die Abführbereich - wärmeisolierend ausgeführt sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführbereich mit einer Mehrzahl vorzugsweise senk­ recht verlaufender Zuströmkanäle (2) gebildet ist, die bis in den Bereich ihres unteren Endes (4) wärmegedämmt sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Aufheizbereich mit einer Mehrzahl wärme­ leitend realisierter Aufheizkanäle (6) gebildet ist, die das vom Zuführbereich stammende Wärmeträgermedium (13) schräg nach oben (a) zum Abführbereich leiten.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Verteilerkanäle (5), die Zuström- und/oder Aufheizkanäle (2, 6) untereinander verbinden.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilerkanal (5) einen ringartig in sich ge­ schlossenen, vorzugsweise kreisringförmigen und/oder in ei­ ner horizontalen Ebene liegenden Verlauf aufweist und zwischen den Zuström- und Aufheizkanälen (2, 6) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abführbereich mit wenigstens einem vertikalen Auftriebskanal (7) realisiert ist, auf den gegebenenfalls die Aufheizkanäle (6) vorzugsweise strahlen­ artig und/oder symmetrisch zulaufen und darin einmünden.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftriebskanal (7) von den Zuström-, Aufheiz- und/oder Verteilerkanälen (2, 6, 5) vorzugsweise symme­ trisch umgeben ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, gekenn­ zeichnet durch die Verwendung als mit Erdwärme arbeitendes Kraftwerk, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-4.
13. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 12, wobei der Auf­ triebskanal (7) ausgangsseitig mit einer rotierenden Kraft­ maschine (9), insbesondere einem stromerzeugenden Turboge­ nerator, in Wirkungsverbindung steht, dadurch gekennzeich­ net, daß der Rotor der Kraftmaschine (9) am oberen Ende des Auftriebskanals (7) horizontal montiert ist.
DE4229185A 1992-09-02 1992-09-02 Energiegewinnung mittels eines aus Erdwärme erzeugten Aufwindsystems Expired - Lifetime DE4229185C2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4229185A DE4229185C2 (de) 1992-09-02 1992-09-02 Energiegewinnung mittels eines aus Erdwärme erzeugten Aufwindsystems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4229185A DE4229185C2 (de) 1992-09-02 1992-09-02 Energiegewinnung mittels eines aus Erdwärme erzeugten Aufwindsystems

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE4229185A1 true DE4229185A1 (de) 1994-03-03
DE4229185C2 DE4229185C2 (de) 1994-08-18

Family

ID=6466989

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4229185A Expired - Lifetime DE4229185C2 (de) 1992-09-02 1992-09-02 Energiegewinnung mittels eines aus Erdwärme erzeugten Aufwindsystems

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE4229185C2 (de)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998022760A1 (en) * 1996-11-22 1998-05-28 Moe Per H A plant for exploiting geothermal energy
EP1586831A1 (de) * 2004-04-14 2005-10-19 ENRO GeothermieEntwicklung GmbH Verfahren zur Nutzung von Erdwärme
EP1637734A1 (de) * 2004-09-16 2006-03-22 ENRO GeothermieEntwicklung GmbH Verfahren zur Nutzung von Erdwärme
WO2010145888A2 (de) * 2009-06-16 2010-12-23 Icec Holding Ag Geothermieanlage, verfahren zum betreiben einer geothermieanlage und verwendung einer geothermieanlage
WO2011140622A1 (pt) * 2010-05-14 2011-11-17 Engenhoca 18 Administração De Patentes Ltda; Dispositivo coletor de vazamento de óleo e dispositivo armazenador de óleo
CN111520110A (zh) * 2019-02-02 2020-08-11 中国石油天然气股份有限公司 水平井超临界co2压裂开发增强型地热的方法及系统
CN111648927A (zh) * 2020-05-21 2020-09-11 深圳大学 一种基于自然循环原理的原位取热热电联产系统
CN114016992A (zh) * 2021-11-15 2022-02-08 吉林大学 一种适合于大规模水热型地热资源开采的布井方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2811109A1 (de) 2013-06-04 2014-12-10 Kongsberg Devotek AS Verfahren zum Einrichten eines Bohrlochs
FR3137118A1 (fr) * 2022-06-24 2023-12-29 Dynasteer Architecture de forage ménagée dans un sous-sol pour une installation géothermique, installation et procédé associé

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE313257C (de) * 1900-01-01
DE2549300A1 (de) * 1975-11-04 1977-05-12 Kurt Dr Rudolph Verfahren zur ausnutzung der waerme in der tiefe mittels gasfoermiger stoffe
DE2933068A1 (de) * 1979-08-16 1981-03-26 Jürgen 7000 Stuttgart Demuth System zur energieversorgung - verfahren zur gewinnung elektrischer energie und wasserstoffgas unter ausnutzung der natuerlichen erdwaerme
JPS59157443A (ja) * 1983-02-22 1984-09-06 Air Cycle Sangyo Kk 地中熱取出しシステム
DE8702244U1 (de) * 1987-02-13 1987-04-02 Broder, Anton, Sargans, Ch
DE3801933A1 (de) * 1988-01-23 1989-08-03 Georg Knochel Verfahren zur aufnahme von erdwaerme durch stroemendes wasser

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE313257C (de) * 1900-01-01
DE2549300A1 (de) * 1975-11-04 1977-05-12 Kurt Dr Rudolph Verfahren zur ausnutzung der waerme in der tiefe mittels gasfoermiger stoffe
DE2933068A1 (de) * 1979-08-16 1981-03-26 Jürgen 7000 Stuttgart Demuth System zur energieversorgung - verfahren zur gewinnung elektrischer energie und wasserstoffgas unter ausnutzung der natuerlichen erdwaerme
JPS59157443A (ja) * 1983-02-22 1984-09-06 Air Cycle Sangyo Kk 地中熱取出しシステム
DE8702244U1 (de) * 1987-02-13 1987-04-02 Broder, Anton, Sargans, Ch
DE3801933A1 (de) * 1988-01-23 1989-08-03 Georg Knochel Verfahren zur aufnahme von erdwaerme durch stroemendes wasser

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DE-Buch: Erneuerbare Energien, Stand-Aussichten- Forschungsziele, Herausgeber: Der Bundesminister für Forschung und Technologie, Poppen & Ortmann, Freiburg, Juli 1992, S. 127-132 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998022760A1 (en) * 1996-11-22 1998-05-28 Moe Per H A plant for exploiting geothermal energy
US6247313B1 (en) 1996-11-22 2001-06-19 Per H. Moe Plant for exploiting geothermal energy
EP1586831A1 (de) * 2004-04-14 2005-10-19 ENRO GeothermieEntwicklung GmbH Verfahren zur Nutzung von Erdwärme
EP1637734A1 (de) * 2004-09-16 2006-03-22 ENRO GeothermieEntwicklung GmbH Verfahren zur Nutzung von Erdwärme
WO2010145888A2 (de) * 2009-06-16 2010-12-23 Icec Holding Ag Geothermieanlage, verfahren zum betreiben einer geothermieanlage und verwendung einer geothermieanlage
WO2010145888A3 (de) * 2009-06-16 2011-03-31 Icec Holding Ag Geothermieanlage, verfahren zum betreiben einer geothermieanlage und verwendung einer geothermieanlage
WO2011140622A1 (pt) * 2010-05-14 2011-11-17 Engenhoca 18 Administração De Patentes Ltda; Dispositivo coletor de vazamento de óleo e dispositivo armazenador de óleo
CN111520110A (zh) * 2019-02-02 2020-08-11 中国石油天然气股份有限公司 水平井超临界co2压裂开发增强型地热的方法及系统
CN111520110B (zh) * 2019-02-02 2022-06-03 中国石油天然气股份有限公司 水平井超临界co2压裂开发增强型地热的方法及系统
CN111648927A (zh) * 2020-05-21 2020-09-11 深圳大学 一种基于自然循环原理的原位取热热电联产系统
CN114016992A (zh) * 2021-11-15 2022-02-08 吉林大学 一种适合于大规模水热型地热资源开采的布井方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE4229185C2 (de) 1994-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69732491T2 (de) Erdwärmegewinnungsanlage
EP1327111B1 (de) Verfahren und anlage zum austausch von erdenergie zwischen erdkörper und einem energietauscher, insbesondere zur stromerzeugung
DE10245078B4 (de) Windenergieanlage
DE102013111543A1 (de) Energiespeicher
DE4229185C2 (de) Energiegewinnung mittels eines aus Erdwärme erzeugten Aufwindsystems
DE10160916A1 (de) Strömungsrohr und Wasserkraftwerk mit einem solchen Strömungsrohr
DE102005020257A1 (de) Wind-Wasserkraftanlage zur Erzeugung elektrischer Energie
DE19503512C2 (de) Windenergie-Mastleuchte
DE102014107034A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Stromerzeugung
DE10234568A1 (de) Verfahren zur konvektiven Energiegewinnung und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens
DE3619269A1 (de) Vorrichtung zur stromerzeugung
EP2223020B1 (de) Verfahren zur gewinnung von erdwärme aus einem wasserversorgungsnetz
EP2584189B1 (de) Vorrichtung zur Energiegewinnung
DE102019129308A1 (de) Erdsondensystem
WO2016027149A1 (de) Energieerzeugung aus einer doppelten brunnenbohrung
WO1991018205A1 (de) Vorrichtung zur nutzbarmachung von geothermischer energie
EP0372220B1 (de) Transportabler Transformatorenstand für Freilufttransformatoren
DE4000100A1 (de) Vorrichtung zur nutzung von sonnenenergie
DE102010054277A1 (de) Pumpspeicherkraftwerk mit Solar- und Windkraftwerk, Grundwasserstausee und Hochbehälter
CH586378A5 (en) Geothermal energy collector with sunk tubes - has vertical shaft with horizontal branches for steam generation
EP0916913A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von nutzbarer Wärmeenergie
DE102018127869B4 (de) Vorrichtung zur Gewinnung von elektrischer Energie sowie entsprechendes Verfahren
DE112017006235B4 (de) Pumpspeicherkraftwerk
DE102010013141B4 (de) Kollektorfeld mit Solarmodulen
DE112020007431T5 (de) Verfahren zur ausgestaltung von bohrlöchern in einer geologischen formation

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8330 Complete disclaimer