Nº 76 - Bundesverband Geothermie
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Geothermische Energie Heft <strong>76</strong> // 2013 / 2<br />
17<br />
Abbildung 1: Schematische Darstellung der im Modell abgebildeten Regelstrategie (Zonierung, HT=Hochtemperatur,<br />
NT=Niedertemperatur)<br />
Untergrundkenntnisse & geplante Speichererschließung<br />
Am Standort stehen oberflächennah massive<br />
Sandsteine des Buntsandsteins an. Aus bestehenden<br />
Bohrungen ist Grundwassereinfluss ab<br />
Tiefen von ca. 30 m bekannt, so dass in Kaiserslautern<br />
die geothermische Erschließung nur bis<br />
zu diesen Tiefen geplant ist. Aus der Geometrie<br />
des Bauplatzes ergibt sich bei einem mittleren<br />
Sondenabstand von 5 m eine maximale<br />
Belegung mit 198 Sonden. Dies entspricht bei<br />
einer Sondenlänge von 30 m einer Gesamtbohrmeterzahl<br />
von 5.940 m. Die ersten Simulationsläufe<br />
zeigten bereits ein zentrales Optimierungsproblem:<br />
Der geothermische Speicher soll<br />
möglichst schnell so weit aufgeheizt sein, um<br />
Heizanforderungen direkt (T min<br />
> 28 °C) befriedigen<br />
zu können. Gleichzeitig dürfen die Speichertemperaturen<br />
im Sommer die oberen Grenzwerte<br />
nicht überschreiten, um die wirtschaftliche<br />
Einspeisung von Wärme zu gewährleisten. Hieraus<br />
wurden zwei Ansätze zur Optimierung der<br />
Speichernutztemperaturen abgeleitet:<br />
1. Umkehr der Strömungsrichtung beim Beladen<br />
/ Entladen des Speichers<br />
2. Zonierung des Speichers in zwei hydraulische<br />
Gruppen<br />
Abwärme aus Kühlprozessen mit niedrigeren<br />
Rückkühltemperaturen dient. Abbildung 1 zeigt<br />
die daraus abgeleitete (theoretische und optimale)<br />
im Modell abgebildete Regelstrategie.<br />
Simulationsmodell<br />
Zur Prognose der Temperaturverteilung im<br />
Untergrund sowie des zeitlichen Verlaufs der<br />
Vorlauftemperaturen in den beiden hydraulischen<br />
Zonen des Erdwärmespeichers wird<br />
ein numerisches Transportmodell eingesetzt,<br />
welches die tatsächliche Sondengeometrie abbilden<br />
kann und konduktiven Wärmetransport<br />
berücksichtigt.<br />
Abbildung 2 zeigt schematisch die im Referenzszenario<br />
berücksichtigte Geometrie des Sondenfeldes<br />
sowie die Aufteilung der Sonden in zwei<br />
hydraulische Zonen (Innenzone & Außenzone).<br />
Durch die Umkehr der Strömungsrichtung bei<br />
bis zu sieben in Serie geschalteten Sonden ist<br />
gewährleistet, dass die Einspeisung von Wärme<br />
von der wärmsten zur kältesten Sonde der Serie<br />
erfolgt, und bei Entnahme von der kältesten zur<br />
wärmsten Sonde. Dies ist vergleichbar mit dem<br />
Prinzip der Gegenstrom-Wärmetauscher, jedoch<br />
zeitlich entkoppelt. Die Zonierung des Speichers<br />
in eine innere (heiße) und eine äußere (kältere)<br />
Zone ermöglicht größere Flexibilität bei der Entwicklung<br />
von Regelalgorithmen. Die innere Zone<br />
soll für die direkte Heizanwendung auf möglichst<br />
hohe Temperaturen beladen werden, wobei die<br />
äußere Zone als Puffer für die Aufnahme von
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