WO2009068292A2 - Anlage für die geothermische energiegewinnung und verfahren zu deren betrieb - Google Patents

Abstract

Anlage für die geothermische Energiegewinnung, die mindestens eine Förderbohrung (1) zur Erschließung von heißem Tiefenwasser und eine Förderpumpe (10) mit Förderleitungen für die Überführung des heißen Tiefenwassers aus der Förderbohrung zu einer Anlage zur oberirdischen Verwertung der thermischen Energie des Tiefenwassers umfasst, wobei die Anlage mindestens einen Betriebsschacht (4) umfasst, der bis auf ein Niveau im Bereich des zu erwartenden Betriebswasserpegels des Tiefenwassers in der Förderbohrung (1) nieder gebracht ist, und dass die Förderpumpe (10) sowie gegebenenfalls vorhandene zugeordnete Anlagenteile (11, 12, 13) in dem genannten Betriebsschacht (4) trocken aufgestellt sind.

Description

Anlage für die geothermische Energiegewinnung und Verfahren zu deren Betrieb

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage für die geothermische Energiegewinnung, ein Verfahren zu deren Betrieb und die Verwendung eines separaten Betriebsschachts für die unterirdische Anordnung von wenigstens Teilen der Förderpump- und Betriebseinrichtungen der Anlage für die geothermische Energiegewinnung.

Als geothermische Energiegewinnung wird die Nutzung der geothermischen Energie verstanden, die in heißen Tiefenwässern oder in heißem trockenem Gestein enthalten ist, indem Tiefenwasser oder speziell in das trockene Gestein gepumptes Wasser zur oberirdischen Energienutzung genutzt wird. Das Tiefenwasser wird über eine Förderbohrung erschlossen und an die Erdoberfläche gepumpt. Wenn nachfolgend generell meist von "Tiefenwasser" gesprochen wird, soll dieser Begriff jedoch grundsätzlich nicht nur das aus einem natürlichen Aquifer geförderte Wasser, sondern auch das in heißem trok- kenem Gestein (hot dry rock; HDR) zirkulierte und dabei erhitzte Wasser umfassen, es sei denn, eine solche Interpretation des genannten Begriffs verbietet sich im Einzelfall aufgrund des an einer bestimmten Textstelle konkret beschriebenen Sachverhalts. Bei der Energiegewinnung unter Nutzung der geothermischen Energie greift man nicht auf limitierte fossile Energiere- sourcen und deren Verbrennung zurück, sondern nutzt die praktisch unbegrenzte geothermische Energie aus dem Erdinneren. Die Nutzung geothermischer Energie ist sowohl als reine Wärmegewinnung für Heizzwecke als auch im Sinne einer Produktion von elektrischer Energie oder im Sinne einer Kombination von beiden möglich, indem man beispielsweise die Restwärme des Wassers, das bereits zur Erzeugung von Elektrizität genutzt wurde, noch zu Heizzwecken nutzt.

Während im Falle der Nutzung geothermischer Energie für Heizzwecke im Prinzip nur ein Wärmeaustausch des Tiefenwassers mit einem in ein Heizsystem einspeisbaren Wasser und/oder eine Anlage zur Verteilung des heißen Wassers zu den Endnutzern und zur Abfuhr des abgekühlten Wassers erforderlich sind, ist es für die Zwecke der Stromproduktion in der Regel erforderlich, die Energie des heißen Tiefenwassers auf einen anderen Typ von Energieträger zu übertragen, der als dampfförmiges Niedertemperatur-Arbeitsfluid die zur Stromerzeugung verwendeten Generatoren antreiben kann. Als Verfahren, die eine Stromerzeugung mit Niedertemperatur- Arbeitsfluiden ermöglichen, sind insbesondere das ORC (Or- ganic Rankine Cycle) Verfahren zu nennen, bei dem leichter als Wasser totalverdampfbare organische Verbindungen als Arbeitsfluide verwendet werden, und Verfahren, die in ihren verschiedenen Ausgestaltungen auf die Arbeiten von Prof. Alexander KaIina zurück gehen, bei denen man mit Mehrstoff- systemen arbeitet und bei denen neben VerdampfungsVorgängen auch Absorptions- udn Desorptionsvorgänge eine Rolle spielen. Nähere Angaben findet der interessierte Fachmann in der einschlägigen Fach- und Patentliteratur.

Um unter Nutzung der geothermischen Energie aus Wasser Strom erzeugen zu können, wird eine geothermische Quelle benötigt, die Wasser mit einer Temperatur von über 100 ⁰C liefert. In den meisten Teilen der Welt sind zur Erschließung von Tie- fenwasser einer derartigen Temperatur mehrere tausend Meter tiefe Förderbohrungen notwendig. Diese Förderbohrungen werden in geeignete heißwasserführende geologische Formationen vorgetrieben (abgeteuft) . Das erbohrte heiße Tiefenwasser steht in der Regel nicht unter einem so hohen Druck, dass es in den für die Energiegewinnung erforderlichen Mengen aus der Förderbohrung direkt an die Erdoberfläche transportiert wird. Normalerweise steigt daher der Spiegel des heißen Tiefenwassers in der Förderbohrung nur bis auf ein bestimmtes unterirdisches Niveau an, das als Ruhewasserpegel bezeichnet wird, wenn kein Abpumpen des Wassers erfolgt, während das Niveau, das sich bei laufenden Pumpen zur Förderung des Wassers an die Oberfläche einstellt, als Betriebswasserpegel bezeichnet wird.

Es ist somit erforderlich, für die Zwecke der Energienutzung das heiße Tiefenwasser, oder das speziell durch das trockene heiße Gestein zirkulierte Wasser, zu den oberirdischen Anlagen zur Energieverteilung und Stromerzeugung zu pumpen. Um in einem wirtschaftlich interessanten Ausmaß Energie zu gewinnen, werden an der Erdoberfläche große Mengen des Tiefenwassers pro Zeiteinheit benötigt, d.h. die Förderpumpen müssen in der Lage sein, Tiefenwasser mit hoher, möglichst konstanter Förderleistung in großen Mengen an die Erdoberfläche zu drücken. Insbesondere zur Stromproduktion aus heißem Tiefenwasser sind daher ergiebige Bohrungen mit möglichst großem Durchmesser als auch entsprechend starke Pumpen mit einer Motorleistung von mehreren hundert kW erforderlich. Bei allen bisher verwirklichten bzw. projektierten Anlagen zur Gewinnung von geothermischer Energie aus heißem Tiefenwasser hat man die Pumpen im Bohrloch als Tauchmotorpumpen unterhalb des Pegels des Tiefenwassers installiert .

Der Fachwelt wird zunehmend bewusst, dass derartige Tauchmotorpumpen zu den für den erfolgreichen Betrieb der Geother- mieanlage besonderes kritischen Anlagenteilen gehören. Für den wirtschaftlichen Betrieb einer Geothermieanlage mit der gewünschten Betriebskonstanz ist es erforderlich, dass das heiße Tiefenwasser bzw. das mit dessen thermischer Energie aufgeladene dampfförmige Arbeitsfluid der Anlage zur Stromproduktion in gleichbleibend großen Mengen und mit möglichst gleichbleibender Temperatur über lange Zeiträume zur Verfügung steht. Um diese Vorgaben zu erfüllen, werden derzeit teure leistungsstarke Spezialpumpen eingesetzt, die unter extremen Arbeitsbedingungen, nämlich unterhalb des Betriebs - wasserpegels im Medium des heißen Tiefenwassers, zuverlässig funktionieren müssen. Der zuverlässige Langzeitbetrieb wird dabei auch dadurch erschwert, dass das geförderte Tiefenwasser in der Regel kein einfaches heißes Wasser ist, sondern aggressive und/oder verschleißfördernde (abrasive) Bestandteile in gelöster Form (z.B. als Salze oder Gase) und in Teilchenform (Mineralien, Trüben) enthält, die Einfluss auf die Betriebsdauer der Pumpe und die Häufigkeit ihrer Abschaltung zu Wartungszwecken haben.

Die auf herkömmliche Weise als Tauchmotorpumpen angeordneten Pumpen müssen bei ihrer Wartung aus großer Tiefe aus dem Bohrloch an die Erdoberfläche geholt werden. Um die Unterbrechung des Betriebs der Geothermieanlage und die damit verbundenen Einnahmenverluste möglichst zu minimieren, ist für die Dauer der Wartungsarbeiten die Installation einer gemieteten oder vorzuhaltenden Ersatzpumpe denkbar. Der Aus- und Einbau der Pumpen ist jedoch sehr aufwändig. Zudem handelt es sich bei den Pumpen um teure, nur in sehr geringen Stückzahlen existierende Aggregate. Die hohen Anschaffungskosten und die außerordentlich zeit- und kostenaufwändige Wartung dieser Tauchmototrpumpen belasten die Wirtschaftlichkeit der Gesamtanlage erheblich.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anlage für die geothermische Energiegewinnung, die mindestens eine Förderbohrung zur Erschließung von heißem Tiefenwasser und mindestens eine Förderpumpe mit Förderleitungen für den Transport des heißen Tiefenwassers aus der Förderbohrυng zu einer oberirdischen Anlage, z.B. einem Kraftwerksteil, umfasst, so auszugestalten, dass

1. der Betrieb der Anlage unter Vermeidung der oben beschriebenen Nachteile der Verwendung einer als Tauchmotorpumpe angeordneten Förderpumpe zuverlässiger wird,

2. dass die Zahl und Dauer von Betriebsunterbrechungen aufgrund von Wartungsarbeiten an der Förderpumpe vermindert werden können und

3. Förderpumpen verwendet werden können, die nicht den exzessiven Beanspruchungen der derzeit eingesetzten Tauchmotorpumpen widerstehen müssen.

Es ist dabei ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die konstruktive und betriebliche Flexibilität der Geothermie- anlage zu erhöhen und diese den jeweiligen Gegebenheiten optimal anpassen zu können.

Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen und den zugehörigen Erläuterungen der mit den verschiedenen Ausführungsformen verbundenen Vorteile.

Die obige Aufgabe wird bei einer Anlage der genannten Art grundsätzlich dadurch gelöst, dass die Anlage mindestens einen als Betriebsschacht gestalteten Schacht umfasst, dessen Tiefe mindestens dem Differenzmaß zwischen der Geländeoberkante und dem Ruhewasserpegel zuzüglich der durch den Pumpbetrieb bedingten Absenkung des Wasserspiegels (Betriebswasserpegel) entsprechen muss, und dass die Förderpumpe sowie ggf. vorhandene zugeordnete Anlagenteile in dem genannten Schacht trocken aufgestellt sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen einer derartigen Anlage sind in den Ansprüchen 2 bis 9 wiedergegeben bzw. ergeben sich für den Fachmann aus den nachstehenden Erläuterungen zu speziellen Ausführungsformen der Erfindung.

Bestimmte Aspekte der vorliegenden Erfindung können ferner auch als Verfahren bzw. Verwendungen im Sinne der Ansprüche 10 bis 12 formuliert werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis der Erfinder zugrunde, dass bei Anlagen für die geothermische Energiegewinnung die mit einem zuverlässigen, langdauernden Hochleistungsbetrieb der Förderpumpen verbundenen technischen Probleme so groß sind, dass zur Förderung des heißen Tiefenwassers eine Abkehr von der üblichen, der Brunnentechnologie entlehnten Technik des Einsatzes einer Tauchmotorpumpe als Förderpumpe nötig ist. Die Erfinder halten es unter diesem Gesichtspunkt für gerechtfertigt, bisher nicht vorgesehene zusätzliche Tiefbaumaßnahmen in Form eines Betriebsschachts mit mehreren Metern Durchmesser in eine geothermische Energieanlage zu integrieren. Der Schacht dient zur wirtschaftlichen Installation von Fördereinrichtungen (Pumpen) zur Förderung des heißen Tiefenwassers zu einem oberirdischen Kraftwerk und/- oder zur Nutzung der darin enthaltenen Wärmeenergie in einem Nahwärmenetz sowie zur Installation eventuell vorgesehener weiterer Betriebseinrichtungen. Der genannte Schacht wird vorzugsweise als Betriebsschacht ausgeführt, der für das Bedienungspersonal zugänglich ist, so dass Wartungsarbeiten an der oder den Pumpe (n) wenigstens teilweise unterirdisch ohne Ausbau der Pumpe aus einer Förderbohrung durchgeführt werden können. Aufgrund der Trockenaufstellung der Pumpe kann ferner eine geeignete konventionelle Pumpe mit der benötigten Leistung eingesetzt werden, d.h. auf die bisher übliche Hochleistungs -Tauchmotorpumpe kann verzichtet werden, wodurch sich die Investitions- und Betriebskosten erheblich vermindern lassen.

Vorzugsweise wird der Schacht so dimensioniert, dass in ihm ein Personen- oder Personen-Lasten-Förderer installiert werden kann, mit dem das Bedienungspersonal in den Schacht einfahren kann bzw. mit dem auch alle gewünschten zusätzlichen, der Pumpe zugeordneten Einrichtungen in den Schacht eingebracht werden können. Zu diesen Einrichtungen gehören beispielsweise Förderleitungen, Lüftungsanlagen für die Klimatisierung des Schachtes sowie zur Versorgung des Schachtes mit Atemluft, die Antriebseinrichtungen zum Betrieb der Pumpe sowie alle Sicherheitseinrichtungen, zu denen z.B. auch eine zusätzliche Pumpe zum Abpumpen von unerwünscht eingedrungenem Wasser und Melde- und Kontrolleinrichtungen gehören. Einige bevorzugte derartige zusätzliche Einrichtungen ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen zweier beispielhafter Ausführungsformen.

Es liegt ferner im Bereich der vorliegenden Erfindung, einen Schacht der erfindungsgemäßen Art in einem geothermischen Feld mit mehr als einer Förderbohrung vorzusehen und so zu gestalten, dass der Schacht als Betriebsschacht für mehr als eine Bohrung genutzt werden kann. Zu diesem Zwecke ist der Schacht mit den einzelnen Bohrungen durch horizontale Stollen verbunden, wobei in diesen Stollen je nach Ergiebigkeit der einzelnen Bohrlöcher entweder individuelle konventionelle Pumpen angeordnet werden können, oder auch nur Transportleitungen zu einer oder mehreren im Zentralschacht angeordneten Förderpumpen .

Die vorliegende Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf Figuren anhand von zwei Ausführungsbeispielen, die lediglich illustrativen Charakter aufweisen, näher erläutert.

In den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine (nicht maßstabsgetreue) schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer geothermischen Anlage zur Energiegewinnung mit schematisch dargestellten oberirdischen Anlagenteilen; Fig. 2 eine Ausschnittsvergrößerung aus Fig. 1 mit dem am Ende des erfindungsgemäßen Betriebsschachts angeordneten Pumpen- und Betriebsraum;

Fig. 3 eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte Ausführungsform einer geothermischen Anlage, wobei die Wärmeübertragung von dem heißen Tiefenwasser auf das Ar- beitsfluid bereits unterirdisch im Betriebsschacht erfolgt ;

Fig. 4 eine Ausschnittvergrößerung des Pumpen- und Betriebsraumes am Ende des Betriebsschachtes von Fig. 3.

Nunmehr Bezug nehmend auf Fig. 1, die eine schematische Gesamtansicht einer ersten Ausführungsform einer Anlage zur geothermischen Energiegewinnung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, umfasst eine derartige Anlage mindestens eine Bohrung 1 zur Erschließung des heißen Tiefenwassers . Diese Bohrung 1, die auf herkömmliche Weise ausgeführt wurde, unterteilt sich nach Erschließen des Tiefenwasser- reservoirs in einen oberen, nicht wassergefüllten Teil Ia sowie einen unteren, unter dem Wasserpegel liegenden wassergefüllten Bereich Ib.

Zu einer erfindungsgemäßen Anlage gehören ferner, wie bei entsprechenden konventionellen geothermischen Anlagen, ein oberirdischer Kraftwerks- oder Wärmetauscher- und Verteilerteil, schematisch dargestellt als 2, sowie üblicherweise auch eine Reinjektionsbohrung 3 zur Reinjektion des abgekühlten Tiefenwassers, dem im Kraftwerksteil oder einem Heiznetz der Großteil seiner ursprünglichen thermischen Energie entzogen wurde, in die geologischen Formationen.

Anders als bei herkömmlichen Anlagen existiert bei erfindungsgemäßen Anlagen zur geothermischen Energiegewinnung mindestens ein besonderer Schacht 4, der normalerweise etwas länger ist als der trockene Teil Ia des Bohrlochs, d.h. seine Schachtsohle befindet sich unterhalb des Betriebswas- serpegels des Tiefenwassers in der Förderbohrung. In der Praxis ergibt sich für den Schacht 4 üblicherweise eine Tiefe bis zu mehreren hundert Metern, insbesondere von etwa 300 m im Bereich des süddeutschen Molassebeckens. Wenn erforderlich, sind ferner Betriebsstollen 6 vorhanden.

Die Basis des Schachts 4 ist zu einem Pumpen- und Betriebsraum 5 erweitert, der vorzugsweise mit Hilfe einer im Schacht 4 angeordneten Förderanlage 7 für das Bedienungspersonal erreichbar ist, und in dem sich insbesondere die trocken aufgestellte Förderpumpe 10 befindet, der das heiße Tiefenwasser aus der Förderbohrung zufließt und die dieses durch eine Steigleitung 8, die im Schacht 4 angeordnet ist, zu dem oberirdischen Geothermiekraftwerk fördert.

Die Anordnung der Pumpe etwas unterhalb des Betriebswasserpegels gewährleistet, dass das Tiefenwasser mit dem erforderlichen Vordruck in die Pumpe gelangt.

Wie genauer in Fig. 2 dargestellt ist, die einen vergrößerten Ausschnitt des Schachts von Fig. 1 zeigt, ist es vorteilhaft, vor der trocken aufgestellten Förderpumpe 10 mit dem ihr zugeordneten Antriebsmotor 14 eine Einrichtung zur Abtrennung von Feststoffen aus dem Tiefenwasser vorzusehen. Diese ist in Figur 2 beispielhaft als Filter 11 dargestellt, der vorzugsweise ein rückspülbarer Filter ist. Eine solche Einrichtung verhindert es, dass die Pumpe 10 einem zusätzlichen Verschleiß durch die im geförderten Tiefenwasser enthaltenen teilchenförmigen Bestandteile ausgesetzt wird. Anstelle eines Filters, der ggf. die Förderleistung begrenzt, können auch andere, z.B. hydrodynamisch oder mit Labyrinthsystemen arbeitende Separatoren zur Abtrennung von Feststoffen, z.B. geeignete Zyklone, vorgesehen werden, wenn diese am jeweiligen Einsatzort unter Berücksichtigung der Art der abzutrennenden Feststoffe Vorteile bieten. Natürlich können auch Kombinationen verschiedener Fest-Flüssig-Trenn- vorrichtungen vorgesehen werden.

Wie ebenfalls in Fig. 2 besser erkennbar ist, können in dem Pumpen- und Betriebsraum 5 außerdem die für den Betrieb der Pumpe erforderlichen Antriebs- und Zusatzeinrichtungen angeordnet sein. Im Falle einer elektrischen Antriebseinrichtung ist beispielsweise ein Frequenzwandler 12 zu nennen. Ferner kann der Schacht auch die abwärts führenden Leitungen 9 für das abgekühlte Tiefenwasser für die Reinjek- tion in die geologischen Formationen enthalten. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, können zu diesem Zweck von dem Pumpen- und Betriebsraum 5 seitwärts verlaufende Stollen 6 und Leitungen Ic und 3c vorgesehen werden, die einen Anschluss zu der Förderbohrung bzw. zur Injektionsbohrung darstellen. Auf diese Weise kann der Schacht 4 wesentliche Funktionen der oberflächennäheren Abschnitte der ursprünglichen Förderbohrung 1 bzw. der Reinjektionsbohrung 3 übernehmen.

Dadurch, dass die Pumpe 10 nicht als Tauchmotorpumpe unterhalb des Betriebswasserpegels in der Förderbohrung 1 angeordnet ist, sondern im Pumpen- und Betriebsraum 5 trok- ken aufgestellt ist, muss keine Spezialtauchmotorpumpe verwendet werden, wie sie bei allen herkömmlichen Anlagen zur geothermischen Energienutzung vorgesehen ist, sondern es kann eine herkömmliche Hochleistungspumpe, ggf. aus einer geeigneten Serienproduktion, verwendet werden. Durch die trockene Aufstellung erweitert sich der Bereich der verwen- baren Pumpen erheblich, und es können Pumpen mit ganz verschiedenen Antriebsmotoren (z.B. Elektro-, Gas- oder Dieselmotoren, hydraulische Antriebe) zum Einsatz kommen . Da die Pumpe direkt für das Bedienungspersonal zugänglich ist, können einfachere Wartungsarbeiten direkt vor Ort unterirdisch durchgeführt werden, was die für Wartungstätigkeiten erforderlichen Unterbrechungen des Anlagenbetriebs erheblich verkürzt . Es liegt dabei ausdrücklich im Bereich der vorliegenden Erfindung, unter Tage mehr als eine Förderpumpe vorzusehen. So kann eine zweite Pumpe als Austauschpumpe dienen, die im Falle von Betriebsstörungen oder einem übermäßigen Leistungsabfall einer ersten Betriebspumpe als deren Ersatz den Pumpbetrieb übernehmen kann, oder sie kann mit der ersten Pumpe parallel in einem üblichen Wechselbetrieb betrieben werden. Der Pumpenwechsel kann beispielsweise mit Hilfe geeigneter steuerbarer Sperrventile und Leitungsverzweigungen erfolgen. Es ist aber grundsätzlich auch möglich, vorzusehen, dass die neue Pumpe anstelle der Pumpe, die außer Betrieb gesetzt wird, mechanisch in die Förderleitung eingerückt und mit dem separaten Pumpenantrieb und den Zu- fluss- und Steigleitungen verbunden wird, indem man die Pumpen z.B. auf einzelnen oder gemeinsamen Lafetten und/oder Gleisen anordnet, die eine einfache Parallelverschiebung der Pumpen ermöglichen.

Im Falle von ernsteren Funktionsstörungen der Förderpumpe 10 kann diese über den Schacht 4 erheblich einfacher ausgebaut und durch eine Austauschpumpe ersetzt werden, als dies bei der bisher üblichen Anordnung in einem Bohrloch der Fall ist. Während des Aus- und Einbaus kann, soweit vorgesehen, die zweite Pumpe den ununterbrochenen Betrieb der Anlage gewährleisten und die Betriebskonstanz der gesamten Anlage erheblich verbessern.

Zusätzlich zu den in Fig. 2 dargestellten Einrichtungen kann der Pumpen- und Betriebsraum 5 am unteren Ende des Schachts 4 auch weitere - nicht dargestellte - Einrichtungen enthalten, beispielsweise eine weitere Pumpe zur Reinjektion des abgekühlten Wassers in den Untergrund, sowie Anlagen zur Zu- und Abfuhr von Kühlluft und Atemluft.

Die Fig. 3 und Fig. 4 zeigen, ähnlich wie Fig. 1 und Fig. 2, eine alternative Ausführungsform einer geothermischen Anlage gemäß der vorliegenden Erfindung, die sich von der Ausfüh- rungsform der Figuren 1 und 2 dadurch unterscheidet, dass im unterirdischen Pumpen- und Betriebsraum 5 nicht nur die Förderpumpe 10 mit ähnlichen zugeordneten Einrichtungen angeordnet ist, wie sie auch in den Figuren 1 und 2 beispielhaft dargestellt sind, sondern zusätzlich auch noch Wärmetauscher, mittels derer der Wärmeaustausch zwischen dem heißen Tiefenwasser und einem Arbeitsfluid einer Kraftwerksanlage oder auch dem in ein Heiznetz einspeisbaren Wasser bereits unterirdisch erfolgt, so dass das heiße Tiefenwasser gar nicht bis auf ein oberirdisches Niveau gefördert werden muss, sondern ggf. direkt nach dem unterirdischen Wärmeaustausch zurück in die Reinjektionsbohrung gepumpt werden kann. Zu einer oberirdischen Kraftwerksanlage wird in einem solchen Fall nur das durch Wärmeaustausch erhitzte Arbeitsfluid geleitet. Dieses Arbeitsfluid wird vorzugsweise in den Wärmtauschern totalverdampft und als Dampf gefördert, was bedeutet, dass es sich vorzugsweise um ein totalverdampftes Arbeitsfluid beispielsweise für die Energiegewinnung nach einem ORC (Organic Rankine Cycle) -Verfahren oder auch um Teile eines Kalina-Kraftwerks handelt.

Der gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen Betriebsschacht wurde vorstehend in Verbindung mit der Gewinnung und Förderung von heißem Tiefenwasser beschrieben. Ein separater Betriebsschacht kann jedoch auch im Rahmen einer Energiege- winung aus trockenem heißem Gestein nützliche Funktionen übernehmen. Beispielsweise kann in ihm - wie unter Bezugnahme auf Fig. 3 und Fig. 4 beschrieben - ein unterirdischer Wärmeaustausch vorgenommen werden. Der Schacht kann auch als Knotenpunkt für ein Leitungsnetz für das durch das heiße trockene Gestein zirkulierte Wasser dienen, indem dieses Wasser von einem unterirdisch im Schacht angeordneten Verzweigungspunkt auf die trockene heiße Formation verteilt und das zurückströmende Wasser dort auch wieder gesammelt und beispielsweise durch eine Sammel-Steigleitung, ggf. mit Hilfe einer gemeinsamen Druckförderpumpe, zu einem oberirdischen Kraftwerk und/oder Verteiler gefördert werden kann. Alle in der vorliegenden Anmeldungen nicht näher beschriebenen sonstigen Teile der Anlage zur Nutzung der geothermi- schen Energie entsprechen grundsätzlich denen bekannter Anlagen bzw. denen, die in bekannten Anlagenkonzepten vorgesehen sind. Die Nichterwähnung derartiger Anlagenteile bedeutet nicht, dass sie in einer erf idungsgemäßen Anlage nicht vorhanden sein dürfen. Die Gewinnung der geothermi- schen Energie in Form von elektrischem Strom kann nach verschiedenen, oben bereits erwähnten Verfahren erfolgen, beispielsweise nach dem sog. ORC-Verfahren, oder nach einem Verfahren mit einem binären Arbeitsfluid, wie es von A. Kaiina erfunden wurde, bzw. nach modernen Weiterentwicklungen dieses Verfahrens. Da diese Verfahren nicht eigentlicher Gegenstand der vorliegenden Anmeldung sind, werden sie hier nicht in näheren Einzelheiten beschrieben. Dem Fachmann sind diese Verfahren jedoch bekannt bzw. Beschreibungen dieser Verfahren sind der einschlägigen Fachliteratur sowie einer umfangreichen Patentliteratur zu entnehmen.

Es ist darauf hinzuweisen, dass die Tatsache, dass in den Figuren 1 bis 4 der Schacht 4 stets als separater Schacht dargestellt ist, der zusätzlich zu den Förder- und Reinjek- tionsbohrungen vorhanden ist, nicht bedeutet, dass die Erfindung auf eine solche Ausführungsform beschränkt ist.

So ist es auch möglich, wie an sich bekannt, beim Niederbringen der Förderbohrung einen gegenüber dem Enddurchmesser der Bohrung größeren Bohrdurchmesser vorzusehen, und den auf diese Weise gebildeten oberen Teil der Förderbohrung zu einem Betriebsschacht mit einem Pumpen- und Betriebsraum im Sinne der vorliegenden Erfindung zu erweitern. Eine solche Vorgehensweise kann im Einzelfall Kosten- und andere Vorteile bieten, indem in gewissen Fällen die Querstollen 6 entfallen können. Eine detaillierte Beschreibung dieser Ausführungsform erscheint für den Fachmann, der die obige Beschreibung der vorliegenden Erfindung zur Kenntnis nehmen konnte, nicht erforderlich.

Claims

Patentansprüche

1. Anlage für die geothermische Energiegewinnung, die mindestens eine Förderbohrung (1) zur Erschließung von heißem Tiefenwasser und eine Förderpumpe (10) mit Förderleitungen für die Überführung des heißen Tiefenwassers aus der Förderbohrung zu einer Anlage zur oberirdischen Verwertung der thermischen Energie des Tiefenwassers umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage mindestens einen Betriebs- schacht (4) umfasst, der bis auf ein Niveau im Bereich des zu erwartenden Betriebswasserpegels des Tiefenwassers in der Förderbohrung (1) nieder gebracht ist, und dass die Förderpumpe (10) sowie gegebenenfalls vorhandene zugeordnete Anlagenteile (11, 12, 13) in dem genannten Betriebsschacht (4) trocken aufgestellt sind.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsschacht (4) zur Installation der Förderpumpe (10) sowie gegebenenfalls vorhandener zusätzlicher Anlagenteile (11, 12, 13) sowie zur Wartung und Bedienung für das Bedienungspersonal zugänglich ist.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem eine Reinjektionsbohrung (3) zur Reinjek- tion des durch Wärmeaustausch und/oder nach Nutzung für Heizzwecke abgekühlten Wassers zurück in die geologischen Formationen umfasst, und dass die für die Reinjektion genutzten technischen Einrichtungen ebenfalls in dem Betriebsschacht (4) installiert sind.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schacht (4) als separater Betriebsschacht für mehr als eine Förderbohrung (1) und/oder Rein- j ektionsbohrung (3) , mit denen er durch Leitungen (Ic, 3c) oder Stollen (6) verbunden ist, ausgeführt ist.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die trocken aufgestellte Förderpumpe (10) das geförderte heiße Tiefenwasser durch eine Steigleitung (8) zu einem oberirdischen Kraftwerksteil (2) der Anlage und/oder einer oberirdischen Verteileranlage zur Nutzung des heißen Tiefenwassers für Fernheizzwecke fördert.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als eine Förderpumpe 10 vorhanden ist.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Förderpumpe vorgesehen ist, die als Ersatzpumpe für eine erste Förderpumpe oder mit dieser im Wechselbetrieb betrieben wird.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die der mindestens einen Förderpumpe (10) zugeordneten Anlagenteile ausgewählt sind aus im Betriebsschacht (4) angeordneten Leitungen für das geförderte und/- oder reinjizierte Wasser, einem der Förderpumpe (10) vor- geschalteteten FeststoffSeparator (11) , einem Pumpenmotor mit zugehörigen Antriebseinrichtungen (12) , Be- und Entlüftungseinrichtungen, einer unterirdischen Wärmetauscher- Anlage zur wenigstens teilweisen Übertragung des Wärmeinhalts des Tiefenwassers auf das Arbeitsfluid für das oberirdische Kraftwerk mit den zugehörigen Leitungen, sowie aus beliebigen Kombinationen der genannten zugeordneten Anlagenteile.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schacht (4) auch eine Fördereinrichtung (7) für das Personal und/oder die einzubringende ma- schinen- und anlagentechnische Ausrüstung sowie die zur Atemluftversorgυng erforderlichen Zu- und Abluftleitungen umfasst .

10. Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage zur Energieerzeugung unter Nutzung der thermischen Energie von heißem Tiefenwasser, das über eine Förderbohrung gewonnen wird, wobei die Kraftwerksanlage mit einem Arbeitsfluid betrieben wird, das durch Wärmeaustausch mit dem heißen Tiefenwasser auf die erforderliche Betriebstemperatur erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das heiße Tiefenwasser mit Hilfe einer in einem speziellen Betriebsschacht (4) trocken aufgestellten Förderpumpe (10) den Wärmetauschern der Kraftwerksanlage zugeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftwerksanlage mit Niedertemperaturdampf nach dem ORC-Verfahren (Organic Rankine Cycle) mit einem Arbeitsfluid in Form einer verdampfbaren organischen Verbindung oder mit einem gemischten teilverdampften Arbeitsfluid auf der Basis des Verfahrens von A. Kaiina und von Weiterentwicklungen dieses Verfahrens betrieben wird.

12. Verwendung eines separaten Betriebsschachts zur trockenen unterirdischen Aufstellung der Förderpumpe einer Anlage zur geothermischen Energiegewinnung unter Förderung von heißem Tiefenwasser zu oberirdischen Anlagenteilen zu Zwek- ken der Gewinnung von elektrischer Energie oder von Energie für Heizzwecke.