Anlagenoptimierung und Langzeitkontrolle von Erwärmesondenfeldern in heterogenem Untergrund bei Unsicherheit in Beschreibung und Prognose
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Unkontrollierte Wärmeentnahme oder -eingabe durch den Betrieb benachbarter Erdwärmesonden (EWS) innerhalb eines EWS-Feldes kann zu unerwünschten thermischen Bedingungen im Boden führen. Solche induzierten thermischen Anomalien entwickeln sich über lange Zeiträume und stellen ein technisches Risiko dar. Diese Bedingungen können die Systemleistung des EWS-Feldes stark beeinträchtigen oder sogar dazu führen, dass der Betrieb nicht den gesetzlichen Anforderungen entspricht. In diesem Projekt wird ein flexibler Ansatz für die kombinierte mathematische Simulation und Optimierung von EWS-Feldern über ihre gesamte Lebensdauer entwickelt. Ziel ist es, optimale Systemlösungen für den EWS-Betrieb zu finden, auch wenn die relevanten Bedingungen in der Beschreibung des Untergrunds und der Prognose des Betriebs unsicher sind. Die vorgeschlagene Methode berücksichtigt Unsicherheiten in Bezug auf die Eigenschaften des Untergrunds und den Energieverbrauch. Sie zielt darauf ab, die durch Wärmeentzug oder -eingabe während des Betriebs verursachten Temperaturänderungen im Untergrund zu minimieren. Im Rahmen semi-analytischer Simulation mithilfe des Linienquelle-Ansatzes werden schichtweise Heterogenität des Untergrunds, Grundwasserströmung und ungleichmäßige Wärmeströme in-situ abgebildet. Das Modell wird in ein Optimierungs- und Regelungsverfahren integriert, das während des Betriebs kontinuierlich lernt und den Wärmeaustausch im EWS-Feld durch individuelle Steuerung jedes EWS optimal anpasst. Dies funktioniert über iterative Aktualisierung und Bayes'schem Lernen und wird am Beispiel von hypothetischen, aber vollständig bekannten Fallstudien mit versteckten Merkmalen erfolgreich dargelegt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Sequential simulation-optimization of a borehole heat exchanger field considering variability in heating demand and subsurface thermal responses. Copernicus GmbH.
Soltan, Mohammadi Hesam; Ringel, Lisa Maria & Bayer, Peter
-
Adaptive management of borehole heat exchanger fields under transient groundwater flow conditions. Renewable Energy, 234, 121060.
Soltan, Mohammadi Hesam; Ringel, Lisa Maria; Bott, Christoph & Bayer, Peter
-
Adaptive optimization of borehole heat exchanger fields in response to transient groundwater flow. 51st IAH Congress, Davos, Switzerland.
Soltan Mohammadi, H., Ringel, L. M., Bott, C. & Bayer, P.
-
High-resolution monitoring and simulation of the temperatures in a borehole heat exchanger field over multiple years. 2024 Research Conference Proceedings of the IGSHPA. International Ground Source Heat Pump Association.
Gebhardt, Hannah; Mohammadi, Hesam Soltan; Ebert, Andreas; Bott, Christoph; Visser, Adriaan & Bayer, Peter
-
Sequential long-term optimization of shallow geothermal systems under descriptive uncertainty and dynamic variation of heating demand. Geothermics, 121, 103021.
Soltan, Mohammadi Hesam; Ringel, Lisa Maria; de Paly, Michael & Bayer, Peter
-
Bayesian uncertainty quantification in temperature simulation of borehole heat exchanger fields for geothermal energy supply. Applied Thermal Engineering, 265, 125210.
Soltan, Mohammadi Hesam; Ringel, Lisa Maria; Bott, Christoph; Erol, Selçuk & Bayer, Peter
-
Tuning the performance of a borehole heat exchanger array in response to transient hydrogeological conditions. Copernicus GmbH.
Soltan, Mohammadi Hesam; Ringel, Lisa Maria; Bott, Christoph & Bayer, Peter
