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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen einer Sonde zum
Gewinnen von Erdwärme
in das Erdreich.
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Die
Erschließung
geothermischer Energie hat in der vergangenen Zeit an Bedeutung
gewonnen. Insbesondere bei großen öffentlichen
Anlagen und Gebäudekomplexen
ist die geothermische Energieversorgung angesichts der steigenden
Energiekosten wirtschaftlich interessant.
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Für die Nutzung
der Erdwärme
werden heutzutage vertikale Tiefbohrungen für Erdwärmesonden niedergebracht. Da
es sich bei solchen Vertikalbohrungen um Blindbohrungen handelt,
sind die Erdwärmesonden
regelmäßig als
Doppelrohrsonden ausgebildet, um einen Vor- und einen Rücklauf für die wärmetauschende
Flüssigkeit
zu ermöglichen.
Doppelrohrsonden können
beispielsweise konzentrisch als Hüllrohr mit einem darin angeordneten
Innenrohr oder auch als parallel verlaufende Einzelrohre ausgebildet
sein.
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Die
Nutzung der Erdwärme
mittels in vertikalen Bohrungen angeordneter Sonden ist jedoch mit einem
hohen finanziellen Aufwand verbunden. Dieser ist zum einen durch
die notwendige Tiefe der Vertikalbohrung bedingt und zum anderen
durch den Einsatz von Doppelrohrsonden, deren Herstellung aufwendig
ist.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher das Problem
zugrunde, eine Alternative für
die Gewinnung von Erdwärme
aufzuzeigen und insbesondere den finanziellen Aufwand für die Nutzung
der Erdwärme
zu reduzieren.
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Dieses
Problem wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem das zu erwärmende Medium,
beispielsweise Wasser, durch eine im wesentlichen horizontal im
Erdreich verlaufende Sonde geführt
wird. Hierfür geeignet
sind insbesondere öffentliche
Räume wie Anlagen
und Verkehrswege, beispielsweise Flussräume, Fluss- und Flutauen, zumal
unter Fluss- und Gewässersohlen
längs verlaufende
Erdwärmesonden
verlegt werden können.
Besonders geeignet sind aufgeheizte Flussabschnitte, z. B. unterhalb
von Kraftwerken; sie könnten
sehr gut eine Erdwärmeentnahme
unterhalb verkraften. Dies würde
nur die natürlichen
Verhältnisse
wieder herstellen bzw. in ein ökologisches
Gleichgewicht bringen. Die Sonden könnten auch unter öffentlichen
Parkanlagen, Grünzonen
sowie bebauungsnahen Wald- und Feldgrundstücken verlegt werden. Sehr sinnvoll
ist auch die Nutzung ehemaliger Bergbauräume. Durch den Bergbau sind
unterirdische Hohlraumbauten, aber auch große offene Tagebaue entstanden.
Bevor diese verfüllt
werden, bietet sich hier das Auslegen von Erdwärmesonden an. Gerade alte Bergwerke
und ehemalige Tagebaue greifen tief ins Erdreich ein, die Tiefe
ist so mit schon gegeben; eine geothermische Nutzung dieser ehemaligen
Anlagen ist besonders leicht und besonders ökonomisch.
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Der
Kern der Erfindung sieht vor, zur Nutzung von Erdwärme Sonden
mittels eines Horizontalbohrverfahrens in das Erdreich einzubringen.
Hierzu wird mindestens eine Erdwärmesonde
von einem Start- zu einem Zielpunkt getrieben.
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Damit
der Start- bzw. Zielpunkt zugänglich ist,
kann er sich beispielsweise nahe der Erdoberfläche, in einer hierfür ausgehobenen
Grube oder in einem bereits bestehenden Schacht, beispielsweise
einem Kanalisationsschacht, befinden. In der Regel verlaufen Horizontalbohrungen
im wesentlichen waagerecht, insbesondere bei Schacht-zu-Schacht-Bohrungen,
oder bogenförmig,
insbesondere bei Bohrungen, die von der Erdoberfläche ausgehen
und dort auch enden, in geringen Tiefen bis ca. 400 m.
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Die
Erdwärmesonde
kann gleichzeitig mit einer Horizontalbohrung eingebracht oder auch
nachträglich
in eine Bohrung eingezogen werden. Sämtliche aus dem Stand der Technik
für die
Verlegung von Rohren mittels Horizontalbohrtechnik bekannten Verfahren
können
hierbei zur Anwendung kommen.
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Da
erfindungsgemäß die Erdbohrung,
in die die Erdwärmesonde
eingebracht wird, einen zugänglichen
Start- und einen ebenfalls zugänglichen
Zielpunkt besitzt, folglich auch beide Enden der Erdwärmesonde
zugänglich
sind, ist der Einsatz von Doppelrohrsonden mit einem Vor- und einem
Rücklauf nicht
unbedingt erforderlich. Vielmehr können auch Mono-Erdwärmesonden
zum Einsatz kommen, die, da sie als einfache Rohrleitungen ausgeführt sind, kostengünstig sind.
Die zugängliche
Erdwärmesonde ist
zudem wartungsfreundlich, gut zu überwachen und gegebenenfalls
multipel nutzbar.
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Infolge
der gut zugänglichen
Start- und Zielpunkte kann sich am einen Ende der Erdwärmesonde
eine Zufuhr für
das wärmetauschende
Medium, in der Regel eine Flüssigkeit,
insbesondere Wasser, befinden, während
sich an dem anderen Ende ein Wärmetauscher
befindet, der dem wärmetauschenden Mittel
die Wärme,
die es während
des Durchfließens der
Sonde im Erdreich aufgenommen hat, wieder entzieht.
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Häufig ist
es jedoch sinnvoll, das wärmetauschende
Mittel im Kreislauf zu führen,
um das Mittel, nachdem es in einem Wärmetauscher abgekühlt wurde,
wieder der Sonde zuzuführen.
In diesem Fall läßt sich
der erforderliche Kreislauf vorteilhafterweise dadurch erreichen,
daß die
Erdwärmesonde
Bestandteil eines Ringschlusses ist; d. h. die Sonde ringförmig von
einem Punkt ausgehend zu demselben Punkt zurückführt. Dies läßt sich beispielsweise mittels
einer gesteuerten Horizontalbohrung in Verbindung mit einem flexiblen
Sondenrohr erreichen. Alternativ können mehrere Erdwärmerohre
je weils von einem Start- zu einem Zielpunkt eingebracht und diese
zu einem Ringschluß miteinander
verbunden werden.
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Weiterhin
läßt sich
ein Kreislauf für
das Wärmetauschmittel
auch dadurch erreichen, daß dessen Rückführung mittels
an der Erdoberfläche
verlegter Leitungen geschieht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
können
weiterhin eine Mehrzahl von Erdwärmesonden nebeneinander
verlaufen. Dadurch ist eine großflächige Nutzung
der Erdwärme
möglich,
so daß gegebenenfalls
eine geringere spezifische Ausbeute, bedingt durch die niedrigeren
Temperaturen in geringer Tiefe, ausgeglichen werden.
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Vorteilhafterweise
lassen sich die Erdwärmesonden
neben einer bestehenden wärmeführenden Versorgungsleitung
verlegen, um die Abwärme
solcher Versorgungsleitungen zu nutzen. Hierfür kommen alle Versorgungsleitungen
in Betracht, die Abwärme
abstrahlen, insbesondere Stromkabel, Gasleitungen sowie Nah- und
Fernwärmeleitungen.
Insbesondere bietet sich eine Verlegung in dem Bohrungshohlraum
zwischen der Versorgungsleitung und der Bohrungswandung an. Bei
der Verlegung von Erdwärmesonden
in den gängigen
Durchmessern von 40, 50 oder 63 mm ist dabei häufig nicht einmal eine Bohrungserweiterung
erforderlich.
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Es
besteht auch die Möglichkeit,
die Erdwärmesonden
gleichzeitig mit den Versorgungsleitungen einzubringen, so daß sich der
zusätzliche
Aufwand, der mit einem Einbringen der Erdwärmesonden verbunden ist, gering
halten läßt. Bei
bereits verlegten Versorgungsleitungen kann dies vorteilhafterweise dann
geschehen, wenn diese im Rahmen von Wartungsarbeiten ausgetauscht
werden.
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Wird
die Erdwärmesonde
benachbart zu einer Versorgungsleitung eingebracht, so kann diese vorteilhafterweise
auch als Hüllrohr
ausgebildet sein, so daß die
Versorgungsleitung innerhalb der Erdwärmesonde verläuft und
dabei vollumfänglich
von dem Wärmetauschmittel
umströmt
wird.
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Beispielsweise
lassen sich Erdwärmesonden
parallel zu Versorgungsleitungen innerhalb eines Straßenrechtecks
verlegen. Hierzu können
vier Einzelsonden in einem Rechteck an verschiedenen Versorgungsleitungen,
z. B. entlang einer oder mehrerer Erdgas-, Wasser oder Stromleitungen
verlegt und miteinander verbunden sein.
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In
einer vorteilhaften Ausführung
wird die Erdwärmesonde
bis in das Grundwasser getrieben, so daß der Wärmeträger durch einen Wärmeentzug aus
dem Grundwasser auf eine erhöhte
Temperatur gelangt. In diesem Fall kann auch eine (teil-)durchlässige Erdwärmesonde
zum Einsatz kommen, so daß es
zu einem Austausch der Wärmeträgers in
diesem Fall Wasser, mit dem wärmeren
Grundwasser kommt.
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Die
so geothermische gewonnene Wärme läßt sich
insbesondere für
Gebäudeheizungen
oder auch für
Landebahnen, Stellflächen
und Straßen, Schwimmbäder, Gewächshäuser und ähnliches
verwenden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen
des näheren
erläutert.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Vielzahl von mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens in das Erdreich
eingebrachten Erdwärmesonden
unter einem Flughafengelände
und
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2 eine
mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
eingebrachte Erdwärmesonde
unter einem Tunnel, der durch ein Bergmassiv führt.
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Unter
der Start- und Landebahn 1 eines Flughafengeländes sind
eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Erdwärmesonden 2 mittels
einer gesteuerten Horizontalbohrvorrichtung 3 in das Erdreich
eingebracht, die ausgehend von der Erdoberfläche schräg in das Erdreich und bis zu
einer vorgegebenen Tiefe, dann in einer im wesentlichen horizontalen
Richtung und abschließend
schräg
nach oben bohrt. Demzufolge sind die Bohrungen bzw. die in die Bohrungen
eingebrachten Erdwärmesonden an
ihren beiden Enden von der Oberfläche aus zugänglich. (1).
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Über oberflächig verlaufende
Rücklaufleitungen
(nicht dargestellt) wird das durch die Erdwärmesonden 2 strömende Wärmeträgermittel
im Kreislauf geführt,
dem in einem Wärmetauscher
(nicht dargestellt) die im Erdreich aufgenommen Wärme wieder entzogen
wird. Das Wärmemittel
wird mittels Pumpen (nicht dargestellt) durch den Kreislauf getrieben.
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Die
flachen Bauten 4, 5, 6, insbesondere
der Start- und Landebahnen, von Flughafengeländen eignen sich besonders
gut für
das Einbringen von Erdwärmesonden
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Die
Erdwärmesonden 2 können mittels
des erfindungsgemäßen Verfahrens
auch unter einer Sportanlage verlegt werden. In diesem Fall wird
der Wärmeträger nicht
im Kreislauf geführt,
sondern Wasser aus einem Bach abgezweigt und durch die Erdwärmesonden 2 geleitet.
Nach dem Verlassen der Erdwärmesonden 2 wird
das Wasser durch einen Wärmetauscher
geführt
und abschließend
dem Bach wieder zugeführt.
Da das Wasser eine ausreichende kinetische Energie besitzt, ist
eine Förderpumpe nicht
erforderlich.
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Im
Beispiel der 2 verläuft eine Erdwärmesonde 2 unterhalb
eines Tunnelbodens 7, der durch ein Bergmassiv 8 führt. Der
durch das Bergwasser vorgegebene Temperaturunterschied bzw. die
damit erzielbare Energiegewinnung kann zum Beheizen, Kühlen oder
Belüften
des Tunnels verwendet werden.
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Von
der Erdwärmesonde
ausgehend verlaufen weiterhin mehrere Wasserleitungen 9 in
das Erdreich, so daß sich
die Erdwärmesonde
bzw. die hierfür
eingebrachte Erdbohrung zusätzlich
für das
Abführen
von Wasser oder anderen Flüssigkeiten
aus dem Tunnel verwenden läßt.