DE102007040709A1

DE102007040709A1 - Geothermisches Sonden-System

Info

Publication number: DE102007040709A1
Application number: DE102007040709A
Authority: DE
Inventors: Heiko Sasse
Original assignee: Sasse Heiko Dipl-Ing
Current assignee: Sasse Heiko Dipl-Ing
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2009-03-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein geothermisches Sonden-System zur Nutzung von Erdwärme aus großen Tiefen, bei dem über ein Rohrsystem ein Wärmeübertragungsmedium in einen geothermisch nutzbaren Bereich eingeleitet und das erwärmte bzw. in Dampfform überführte Wärmeübertragungsmedium oberirdisch angeordneten Verbrauchern zugeführt wird. Die Nutzung der Erdwärme soll mehreren in Standortnähe befindlichen regionalen Verbrauchern separat und bedarfsgerecht zur Verfügung gestellt werden. Die Lösung sieht vor, eine erste zentrale Tiefensonde abzuteufen, an derem Endbereich eine zur umliegenden Erdformation dichte Vorkammer ausgebaut ist, in die ein Wärmeübertragungsmedium eingeleitet wird und dass an diese Vorkammer weitere, mit regionalen Verbrauchern verbundene Tiefensonden angeschlossen sind, die das erwärmte bzw. erhitzte Wärmeübertragungsmedium je nach Bedarf entnehmen und dass das beim Wärmetausch abgekühlte Wärmeübertragungsmedium zur Aufrechterhaltung eines geschlossenen Kreislaufes zur ersten zentralen Tiefensonde zurückgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein geothermisches Sonden-System zur Nutzung von Erdwärme aus großen Tiefen, bei dem über ein Rohrsystem ein Wärmeübertragungsmedium in einen geothermisch nutzbaren Bereich eingeleitet und das erwärmte bzw. in Dampfform überführte Wärmeübertragungsmedium oberirdisch angeordneten regionalen Verbrauchern zugeführt wird.
Die Erschließung und Nutzung geothermischer Energie aus tiefen Erdformationen ist bekannt, wobei sowohl offene, die Durchlässigkeit von Erdformationen nutzende Wärmezirkulationen als auch in nur einer oder miteinander verbundenen Tiefenbohrungen angeordnete geschlossene Wärmekreisläufe vorgeschlagen wurden.
Der erschlossene, kontinuierliche Wärmestrom wird zumeist auf einen Verbraucher, beispielsweise einen Stromerzeuger, geführt und die Restwärme, beispielsweise in Fernwärmetrassen, eingespeist. Eine auf die Verbraucher abgestimmte Energie- und Wärmeversorgung und damit die definierte Abführung von Energie aus geothermischen Bereichen direkt zu den Verbrauchern lassen diese Lösungen nicht zu.
Zur Nutzung unterschiedlichen Wärmebedarfs von Verbrauchern wurde vorgeschlagen ( DE 10 2006 012 903 B3 ), im erdoberflächennahen Bereich in einer so genannten Wärmeaufnahmezone mehrere abgeschlossene Wärmerohre unterschiedlicher Länge anzuordnen, die gebündelt in einer Wärmetransportzone oberirdisch mit mehreren Verbrauchern verbunden sind.
Nachteilig ist, dass die vorgeschlagene Lösung zwar jeden Verbraucher extern versorgen kann, jedoch durch die erschließbaren geringen Wärmemengen mit niedrigem Wärmepotential sich die Nutzung nur für Einsatzbereiche mit geringem Temperaturgefälle wie beispielsweise zur Frostfreihaltung von Anlagen und Gebäuden eignet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein geothermisches Sonden-System zu schaffen, dass mit dem Einbringen eines erhitz- oder verdampfbaren Wärmeübertragungsmedium in den Endbereich einer abgeteuften Tiefensonde mehreren in Standortnähe zur Tiefensonde befindlichen regionalen Verbrauchern eine separate, bedarfsgerechte direkte Wärme- und Wärmemengenentnahme ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und den nachfolgenden Unteransprüchen 2 bis 5 gelöst.
Vorteil der Erfindung ist, dass die regionalen Verbraucher einzeln die für sie benötigte Wärme und Wärmemenge aus einer, über nur eine zentrale Tiefensonde mit einem Wärmeübertragungsmedium gespeisten, Vorkammer entnehmen können. Dabei können die Förderleitungen durch geometrisch veränderbare Rohrstrecken den optimalen Bedingungen des Verbrauchers und seines regionalen Standortes zur zentralen Einspeisung des Wärmeübertragungsmedium angepasst werden. Der Materialeinsatz für die Rückführung des abgekühlten Wärmeübertragungsmedium zur zentralen Tiefenbohrung kann gegenüber den bisher üblichen Rückführungen über beispielsweise Fernwärmetrassen wesentlich minimiert werden.
Weiterer Vorteil ist, dass die Erdwärme auch aus tiefem kristallinen Gestein in großen Mengen gewonnen werden kann. Das Wärmeübertragungsmedium fließt nicht wie bei einer Koaxial-Tiefensonde im Gegen- sondern im Gleichstrom. Dadurch werden Energieverluste durch Wärmebrücken und Druckabfall minimiert. Die an der ersten zentralen Tiefensonde vorgesehene Vorkammer ist zugleich Koppelstelle von weiteren, den regionalen Verbrauchern direkt zugeordneten Tiefensonden. Dabei schließt die vorzugsweise sternförmige Anbindung der weiteren Tiefensonden an die Vorkammer eine thermische Wechselwirkung der Tiefensonden untereinander aus.
Durch die weitestgehende horizontale Streckenführung der an die Vorkammer angeschlossenen Tiefensonden, wird zudem ein bedeutender Teil der in der Erdformation vorhandenen Energie aufgenommen und zu den regionalen Verbrauchern geführt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigt
1 einen Schnitt durch eine Erdformation mit einer ersten zentralen Tiefensonde und zwei an einer Vorkammer dieser Tiefensonde angeschlossenen regionalen Verbrauchern
2 eine schematische Darstellung einer Vorkammer nach 1 mit einer sternförmigen Anbindung weiterer Tiefensonden
Das geothermische Sonden-System besteht gemäß 1 aus einer ersten zentralen Tiefensonde 1, an deren tiefstem Endbereich 3 eine Vorkammer 4 vorgesehen ist. Die Abteufung der Tiefensonde 1 und der Ausbau der Vorkammer 4 erfolgt mit an sich bekannten bergmännischen Verfahren und Einrichtungen.
Über die erste zentrale Tiefensonde 1 wird in die Vorkammer 4 ein Wärmeübertragungsmedium 2 eingeleitet. An die Vorkammer 4 sind zwei von den Verbrauchern 6.1 und 6.2 direkt abgeteufte Tiefensonden 5.1 und 5.2 angeschlossen. Die Tiefensonden 5.1 und 5.2 sind so abgeteuft, dass im Tiefenbereich der Vorkammer 4 eine maximale horizontale Strecke 9 erreicht wird. Zur Erzielung von weiterer Stabilität der Vorkammer 4, dem Abbau von Druckenergie bei der Einspeisung des Wärmeübertragungsmedium 2 in die zentrale Tiefensonde 1 sowie Schaffung von guten Randbedingungen bei Kreisläufen und Verdampfung des Wärmeübertragungsmedium 2 kann die Vorkammer 4 mit klüftigen, porösem oder festem Gesteinsmaterial 8 gefüllt sein.
Sind mehrere Verbraucher 6.1 und 6.2 an die Vorkammer 4 angeschlossen, sind zur Regelung von Wärmemenge und Temperatur an den Tiefensonden 5.1 und 5.2 Stromregelventile 10.1 und 10.2 vorgesehen. Mehrere Stromregelventile 10.1 und 10.2 treten dabei in eine sinnvolle Wechselwirkung, um eine Beeinflussung der Verbraucher 6.1 und 6.2 untereinander zu vermeiden.
Das abgekühlte Wärmeübertragungsmedium 2 wird von den Verbrauchern 6.1 und 6.2 über Rückführungsleitungen 7.1 und 7.2 zur ersten zentralen Tiefensonde 1 zurückgeführt.
In 2 ist eine sternförmige Anordnung der Anbindung der Tiefensonden 5.1 und 5.2 an die Vorkammer 4 dargestellt.
Die Wirkungsweise des geothermischen Sonden-Systems ist folgende:
Ein Wärmeübertragungsmedium 2 wird mit an sich bekannten Einrichtungen in die erste zentrale Tiefensonde 1 bis in die Vorkammer 4 geleitet. Die in diesem Bereich der Erdformation vorhandene Wärme erwärmt das Wärmeübertragungsmedium 2, sodass die an die Vorkammer 4 angeschlossenen Verbraucher 6.1 und 6.2 gemäß ihrem Wärmebedarf und der ihnen direkt zugeordneten Tiefensonden 5.1 und 5.2 die Wärme aus der Vorkammer 4 entnehmen können. Das beim Verbrauch abgekühlte Wärmeübertragungsmedium 2 wird über Rückführungsleitungen 7.1 und 7.2 wieder der ersten zentralen Tiefensonde 1 zugeführt, so dass ein kontinuierlicher Strömungsprozess des Wärmeübertragungsmediums 2 aufrechterhalten bleibt.

1: erste zentrale Tiefensonde
2: Wärmeübertragungsmedium
3: Endbereich
4: Vorkammer
5.1: Tiefensonde
5.2: Tiefensonde
6.1: Verbraucher
6.2: Verbraucher
7.1: Rückführungsleitung
7.2: Rückführungsleitung
8: Gesteinsmaterial
9: horizontale Tiefensondenstrecke
10.1: Stromregelventil
10.2: Stromregelventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102006012903 B3 [0004]

Claims

Geothermisches Sonden-System zur Nutzung von Erdwärme aus großen Tiefen, bei dem über ein Rohrsystem ein Wärmeübertragungsmedium in einen geothermischen nutzbaren Bereich eingeleitet und das erwärmte bzw. in Dampfform überführte Wärmeübertragungsmedium oberirdisch angeordneten regionalen Verbrauchern zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonden-System aus mehreren abgeteuften Tiefensonden (1; 5.1, 5.2) besteht, wobei eine erste zentrale, ein Wärmeübertragungsmedium (2) einleitende Tiefensonde (1) vorgesehen ist, die im Endbereich (3) eine Vorkammer (4) aufweist, deren Volumen nach dem maximalen Wärmestrom oder Wärmedurchsatz der zu versorgenden regionalen Verbraucher (6.1; 6.2) bemessen ist und dass in diese Vorkammer (4) weitere, in vertikalen und/oder horizontalen Strecken von den regionalen Verbrauchern direkt zu der Vorkammer (4) abgeteuften Tiefensonden (5.1; 5.2) geführt sind und dass das bei den Verbrauchern (6.1; 6.2) abgekühlte Wärmeübertragungsmedium (2) über Rücklaufleitungen (7.1; 7.2) zur ersten zentralen Tiefensonde (1) rückführbar ist.
Geothermisches Sonden-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkammer (4) der ersten zentralen Tiefensonde (1) ein zur umliegenden Erdformation in sich geschlossener dichter Hohlraum ist.
Geothermisches Sonden-System nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum der Vorkammer (4) ganz oder teilweise mit klüftigen, porösem und/oder festem Gesteinsmaterial (8) versehen ist.
Geothermisches Sonden-System nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die von den regionalen Verbrauchern (6.1; 6.2) zur Vorkammer (4) geführten Tiefensonden (5.1; 5.2) so abgeteuft sind, dass zu der Vorkammer (4) eine maximal mögliche horizontale Strecke (9) bis zur vertikalen Umlenkung der Tiefensonden (5.1; 5.2) erreichbar ist.
Geothermisches Sonden-System nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeübertragungsmedium (2) ein verdampfbares Medium, beispielsweise Wasser, einsetzbar ist.