Analyse des thermischen Regimes in Aachen und Kalibrierung von Auslegungsrechnungen für tiefe Erdwärmesonden auf der Grundlage von geophysikalischen Bohrlochmessungen und Labormessungen der physikalischen Gesteinseigenschaften
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im diesem Projekt wurde der Kenntnisstand zum thermischen Regime der Eifel-Maas-Region wesentlich erweitert. Die im Manuskript Dijkshoom & Clauser (2009) beschriebenen Betrachtungen werten das aktuelle geophysikalische und geodynamische Wissen zum physikalischen Zustand von Kruste und Lithosphäre im Bereich des Rheinischen Schiefergebirges und der westlichen Nachbarregionen aus in Hinsicht auf seine Auswirkungen auf das thermische Regime und speziell die Wärmestromdichte. Zusammenfassend tragen die betrachteten stationären und instationären Effekte wie in Dijkshoom & Clauser (2009) näher ausgeführt bis zu 20 mW m-2 und damit etwa ein Drittel zur aktuellen Wärmestromdichte in diesem Gebiet bei. In Hinsicht auf die Bestimmung des mittels tiefer Erdwärmesonden gewinnbaren thermischen Potenzials liefert diese Studie erstmals ein Werkzeug, mit dem Gebiete auskartiert werden können, die für Erdwärmesonden bei einem gewählten Betriebszenario günstige Bedingungen aufweisen. Im vorliegenden Fall kann das für die betrachtete Modellregion erfolgen, ein Gebiet mit einer Oberfläche von 40 km x 40 km. Die Ergebnisse dieser Simulation hängen ab von der Güte der Eingangsparameter des 3D-Modells. Für Bereiche, in denen nur wenige Informationen aus Bohrungen vorliegen, bzw. die Schichtenfolge mit der Tiefe unbekannt ist (z. B. im Kern des Vennsattels) ist mit größeren Unsicherheiten zu rechnen. Für die in der Bohrung RWTH-1 zur Installation vorgesehene tiefe Erdwärmesonde wurden detaillierte Auslegungsrechnungen ausgeführt, welche sowohl die aus Bohrloch- wie auch Labormessungen bestimmten Materialeigenschaften der erbohrten Gesteine im Aachener Untergmnd berücksichtigen als auch den für die Bohrung vorgesehenen Verrohrungsplan. Die Rechnungen berücksichtigten unterschiedliche tägliche und jährliche Betriebszyklen und betrachteten sowohl das Kurz- als auch das Langzeitverhalten. Die Ergebnisse legen nahe, dass Wärme nicht sowohl zum sommerlichen Antrieb einer Adsorptionskühlmaschine als auch zum winterlichen Heizen verwendet werden kann, da hohe Rücklauftemperaturen (erforderlich zum Antrieb der Adsorptionskühlmaschine) und hohe thermische Leistung sich gegenseitig ausschließen. Während unter realistischen Annahmen für die Zirkulationsrate und die Wärmeleitfähigkeit des zentralen Steigrohrs anfänglich thermische Leistungen zwischen 100 KW und 150 kW erzielbar erscheinen sinkt diese Leistung nach 30 Jahren auf etwa 30 kW ab.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2004. Performance simulations for a deep borehole heat exchanger in Aachen, International workshop on "New and Classical Applications of Heat Flow Studies", Aachen, October 4-7. 2004
Dijkshoorn, L., Wagner, R.
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2004. Regional Geothermal model Aachen, International workshop on "New and Classical Applications of Heat Flow Studies", Aachen, October 4-7. 2004
Dijkshoorn, L., Clauser, C.
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2005. Design Calculations for Optimising of a Deep Borehole Heat Exchanger, In: J. A. H. Maks & Th. Thewys (eds) on behalf of the Steering Committee, Water and Energy in the Euregion Meuse-Rhine: an intercultural and multidisciplinary approach, pp. 115-138, Datawyse Boekproducties, Maastricht, The Netherlands
Speer, S.
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2006. Long time transient heat flow due to tectonic processes in the deep geothermal regime between the Nord Eifel-Venn Massif, Brabant Massif and adjacent Graben (Central Europe) is used as boundary condition for a 3D convective numerical model. Sixth International Meeting "Heat Flow and The Structure of the Lithosphere", Bykov, Czech Republic, June 5-10, 2006
Dijkshoorn, L., Clauser, C.
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2007. Aachen's Geothermal Well "RWTH-1" - The Geoscientific Research Program, 67. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, 26.-29. März 2007, Aachen
Trautwein-Bruns, U., Kukla, P., Urai, J., Sindern, S., Logering, M., Dijkshoorn, L., Lünenschloss, B.. Chatziliadou, M.
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2007. Designing a new effective finite difference formulation for borehole heat exchangers. 67. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, 26.-29. März 2007, Aachen
Dijkshoorn, L.
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2007. Ein neues Werkzeug zur Auslegungsrechnung von Erdwärmesonden - eine effektive Finite-Differenzen Methode, Geothermiekongress Bochum, Geothermische Vereinigung e.V. - Bundesverband Geothermie, 29.-31. 10. 2007, Fachhochschule Bochum 2007
Mottaghy, D., Dijkshoorn, L., Pechnig, R.
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2007. Implementing a new effective finite difference formulation for borehole heat exchangers into a heat transport code, 67. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, 26.-29. März 2007, Aachen
Mottaghy, D., Dijkshoorn, L.
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2007. Log Interpretation in the RWTH-1 borehole, 67. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, 26.-29. März 2007, Aachen
Pechnig, R., Trautwein-Bruns, U.
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2007. Physical properties in the Carboniferous and Devonian Rocks drilled in the RWTH-1 borehole, 67. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, 26.-29. März 2007, Aachen
Dijkshoorn, L., Pechnig. R.
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2008. Implementing a new effective finite difference formulation for borehole heat exchangers into a heat transport code, EGU General Assembly 2008, Geophysical Research Abstracts, Vol. 10, EGU2008-A-02169
Mottaghy, D., Dijkshoorn, L.
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2008. Implementing a New Effective Finite Difference Formulation for Borehole Heat Exchangers into a Heat Transport Code, paper SGP-TR-185, Proceedings 33rd Workshop on Geothermal Reservoir Engineering, Stanford University, Stanford, Califomia, January 28-30, 2008
Mottaghy, D.. Dijkshoorn, L.
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2009. Welche Beiträge zur Wärme- und Stromversorgung Deutschlands kann Erdwärme liefern und welche wissenschaftlichen und technischen Entwicklungen setzt dies voraus? Kolloquium „Geothermie - Gegenwart und Zukunft", 12. 6. 2009, RWTH Aachen, Berg- und Hüttenmännischer Verein zu Aachen. Berlin und Clausthal e. V.
Clauser, C.
