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Zusammenfassung
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Die Simulation des Verfahrens von Tiefenerdwärmesonden mit dem Simulationsprogramm
FRACTure ist das Hauptthema dieser Diplomarbeit.
Man hat sich auf zwei unterschiedliche Anlagen konzentriert: die erste Anlage ist die
Tiefenerdwärmesonde Weggis TH1. Diese koaxiale Sonde ist 2295 m tief und ist seit mehr
als 6 Jahre in Betrieb. Die vorhandenen Messdaten (Eintritt- und Austrittstemperatur,
Durchfluss, Elektrische Pumpenleistung, usw.) werden mit einer Abtastrate von einem Wert
pro 10 Minuten auf einem Datalogger aufgezeichnet. Ein Teil dieses Förderrohres ist isoliert
(0-1780 m Tiefe). Die zweite Analage ist noch nicht im Betrieb und wird im Bohrloch
Medyaguino in der Nähe der Stadt Yaroslavl (Russland) geplant. Diese Bohrung ist 2250 m
tief. Das Innenrohr wurde noch nicht eingebaut.
Die gesamte Arbeit kann deshalb in zwei Teile strukturiert werden.
Im HUVWHQ 7HLO wurden durch die Modellierungen Austrittstemperaturen erzeugt, die mit den
gemessenen Austrittstemperaturen vergleicht werden. Es wurde zuerst mit gemittelten
Daten von den ersten 2 Betriebsjahren gearbeitet, so dass man gute Anfangsbedingungen
ohne grosse Zeitverluste für eine detailliertere Modellierung (1 Monat) erstellen konnte.
Da man nach der ersten Simulation bemerkt hat, dass die berechneten Austrittstemperaturen
zu hoch waren und dass diese einen völlig unterschiedlichen Verlauf aufgewiesen haben, hat
man die Werte des Durchflusses pro Monat in der Sonde und des basalen Wärmeflusses
geändert. Die darausfolgenden Berechnungen haben Austrittstemperaturen erzeugt, die
durchschnittlich 1.5 °C grösser waren als die gemittelten Messdaten.
Die detailliertere Modellierung über einen einzigen Monat führte jedenfalls wieder zu hohen
Austrittstemperaturen und die Temperaturpeaks kurz nach der Aktivierung der Sonde waren
beträchtlich höher. Um eine Erklärung dieser Peaks und um eine bessere Anpassung der
Messdaten zu erreichen, wurde eine Sensitivitätsanalyse der wichtigsten Modellparameter
durchgeführt. Die Resultate dieser Sensitivität haben gezeigt, dass die Form des Peaks
hauptsächlich von der ang. Wärmeleitfähigkeit ¶ GHV LVROLHUWHQ 7HLOHV GHV )örderrohres
abhängig ist. Die anderen Parameter haben überwiegend einen Einfluss auf das gesamte
Niveau der Austrittstemperatur. Die schlussendliche Anpassung der Messdaten wurde mit
einer 6-fach grösseren ang. Wärmeleitfähigkeit berechnet, d.h. es wurde angenommen, dass
die Isolation des Förderrohres nicht so gut ist.
Bei diesem ersten Teil der Arbeit hat man insbesondere zwei Probleme festgestellt: die
geringe Konsistenz des Gitters auf horizontale Ausdehnungen und die Berechnung der ang.
Wärmeleitfähigkeit des Innen- und Aussenrohres.
Das erste Problem wurde bei der Zeichnung und der Überprüfung des Grundgitters für die
Anlage in Russland gelöst. Das Grundgitter wurde nämlich in der x-Richtung 20 mal
grösser gezeichnet (20000 m Ausdehnung).
Im ]ZHLWHQ 7HLO wurden Austrittstemperaturen mit unterschiedlichen Eintrittstemperaturen,
Durchflüssen und ang. Wärmeleitfähigkeiten des Innenrohres erzeugt. Die erzeugten Daten
sollen das Wertespektrum der möglichen Austrittstemperaturen zusammenfassen. Diese
Daten können als Hilfsmittel zur Planung und zur Optimierung der Anlage dienen. Es muss
aber erwähnt werden, dass die Daten für die Wärmekapazität des umgebenden Gesteins, der
Hinterfüllung und der Rohre und die Wärmeleitfähigkeit des Innen- und Aussenrohres
geschätzt wurden, denn man hatte keine vernünftigen Daten zur Verfügung.
MODELLSIMULATIONEN VON TIEFENERDWÄRMESONDEN-ANLAGEN AN DEN FALLBEISPIELEN WEGGIS UND
MEDYAGUINO
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