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Leistung, themische

Die maximale abgegebene elektrische Leistung P_el (Nennleistung) charakterisiert meist ein Geothermiekraftwerk. Sie ist bis zu 10-fach kleiner als die maximalabgegebene thermische Leistung P_th. Beide zusammen definieren die aufgenommene Leistung aus dem Thermalwasserkreislauf. Die Verhältnisse dieser Leistungen definieren die energetischen Wirkungsgrade, wie den Stromwandlungswirkungsgrad und den Gesamtwirkungsgrad.

Bei reinen Heizwerken definiert sich die Gesamtleistung durch die thermische Leistung. Die Wirkungsgrade sind hier > 90%.

Leistung eine geothermischen Dublette

Der ausschlaggebende leistungscharakterisierende Kennwert eines geothermischen Systems ist also dessen thermische Leistung oder auch Produktivität P_th [W]. Die thermische Entzugsleistung entspricht dabei der Energiemenge, die dem thermisch erschlossenen geologischen Untergrund durch das System pro Sekunde entzogen wird.

Für geschlossene Systeme wird die thermische Leistung auf Grundlage der spezifischen Entzugsleistung P_s eines Systems bestimmt. Bei offenen (hydrothermalen) Systemen ist die thermische Leistung mathematisch definiert als Produkt aus

der Dichte des geförderten Fluides ρ_F [kg / m³],
der isobaren massenspezifischen Wärmekapazität des Fluides c_F [J / (kg∙K)],
der im System realisierten Förderrate bzw. des eingestellten Volumenstroms an geförderten Thermalwassers Q [kg/s] sowie
der Differenz der Fluidtemperatur im Vor- T_Vorlauf und Rücklauf T_Rücklauf des Systems ( P_th = ρF ∙ c_F ∙ Q ∙ (T_Vorlauf - T_Rücklauf) ).

Die Dichte und Wärmekapazität des Thermalwassers werden bei einer solchen Betrachtung als qualitative Eigenschaften bezeichnet, wohingegen die Förderrate und die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf quantitative Eigenschaften darstellen.

Die gewinnbare thermische Leistung P_th ergibt sich also aus dem Produkt Fluiddichte ρf, der Wärmekapazität des Fluids cp, der Temperaturspreizung zwischen produziertem und reinjiziertem Wasser ΔT und der volumetrischen Rate („Schüttung“) Q.

P_th = ρ_f c_p Q ΔT

Temperaturspreizung (ΔT) und Schüttung (Q) sind dabei die Parameter mit der höchsten Variabilität und deswegen für die Abschätzung der thermischen Leistung maßgeblich.