Im Rahmen des Forschungsprojektes SKEWS sollen am Campus Lichtwiese der Technischen Universität Darmstadt vier 750 m tiefe Bohrungen mit geringem Achsabstand von 5 m hergestellt werden und diese anschließend zu mitteltiefen Erdwärmesonden ausgebaut werden. Die vier Erdwärmesonden werden anschließend in einem 1,5-jährigen Forschungsbetrieb als weltweit erster mitteltiefer Erdwärmesondenspeicher betrieben.

Steckbrief

Wesentliche Forschungsschwerpunkte

Mit dem Projekt soll die Bau- und Betriebsfähigkeit solcher Systeme nachgewiesen und die Betriebs- und Bemessungsroutinen für die Zukunft bestimmt werden. Eine Vergrößerung der Anlage auf eine technisch effiziente Größe im Anschluss an das Vorhaben und eine Eingliederung in das Wärmenetz am Campus Lichtwiese ist bereits in der Planung. Dieses Teilprojekt umfasst die Projektleitung, die Gesamtplanung sowie die wissenschaftliche Begleitung des Vorhabens. So sollen die Betriebs- und Monitoringergebnisse aus dem Speicher-Experimentalbetrieb dazu verwendet werden, bestehende technische sowie ökonomisch-ökologische Simulationswerkzeuge zu validieren und diese weiterzuentwickeln, um zukünftig bessere Vorhersagen bei der Dimensionierung solcher Systeme treffen zu können und die Umweltauswirkungen solcher Systeme besser abschätzen zu können. Mittels der validierten Modellierungsansätze soll des Weiteren die Integration eines aufskalierten Speichers in das Nahwärmenetz am Campus Lichtwiese der TU Darmstadt in Verbindung mit möglichen Wärmequellen wie einem Solarthermiekollektorfeld oder dem universitätseigenen BHKW simuliert und bewertet werden, auch im Hinblick auf das langfristige Ziel eines klimaneutralen Betriebs der Heizwärmeversorgung am Campus.

Teilvorhaben, Kooperationspartner

• Step Oiltools GmbH,On-Site- und On-Time-Durchführung und Optimierung der Spülungsaufbereitung für das hydraulische Imlochhammer. Ziel dieses Teilprojektes ist die Verbesserung der Umweltverträglichkeit des hydraulischen Imlochhammerverfahrens sowie die Reduzierung der Infrastrukturanforderungen an den Bohrstandort. Dies wird erreicht durch eine signifikante Reduzierung des Wasserbedarfs durch eine Optimierung der Spülungsaufbereitung. Durch die entsprechende Wasseraufbereitung wird die anfallende Menge der zu entsorgenden Bohrabfälle reduziert. Es wird angestrebt, dass die zu entsorgende Menge dem Bohrlochvolumen zuzüglich Auflockerungsfaktor entspricht.
• Geotechnisches Umweltbüro Lehr, Praktische Umsetzung von Mess- und Monitoringkonzepten für mitteltiefe Erdwärmesondenspeicher. Ziel dieses Teilprojektes ist die Entwicklung und Installation eines Mess- und Monitoringkonzeptes, das es erlaubt, den Betrieb eines mitteltiefen Erdwärmesondenspeichers sowie den Einfluss dieses Betriebes auf den umgebenden Untergrund möglichst optimal messtechnisch erfassen zu können. Die aufgezeichneten Messdaten sollen im Rahmen des Forschungsprojektes zur Kalibrierung und Validierung von numerischen Modellen herangezogen werden. Eine sehr hohe Datengüte, die nur durch ein ausgeklügeltes Messkonzept erreicht werden kann, ist die Grundvoraussetzung dafür.
• H. Anger's Söhne Bohr- und Brunnenbaugesellschaft mbH, Demonstration der Eignung des hydraulischen Imlochhammerverfahrens unter besonderer Berücksichtigung exakter Vertikalität und verringerter Abstände zur Errichtung mitteltiefer Geothermieanlagen von Übertage.  Größter Kostenfaktor bei mitteltiefen Geothermie-Projekten ist die überwiegend kostenintensive Bohrtechnik. Wesentlicher Bestandteil der zukünftigen wirtschaftlichen Errichtung mitteltiefer Erdwärmesondenspeicher (EWSS) ist daher die deutliche Verringerung der Bohrkosten gegenüber dem derzeitigen Stand der Technik. Zudem ist eine hohe Richtungsstabilität des Bohrverfahrens aufgrund der erforderlichen geringen und konstanten Abstände zwischen den Erdwärmesonden (EWS) Voraussetzung für die technisch erfolgreiche Errichtung eines Speichers. Deshalb ist ein wichtiger Projektbestandteil die Anwendung und Weiterentwicklung innovativer Bohrverfahren für Festgesteine. Das innovative hydraulische Imlochhammerverfahren weist eine vergleichsweise hohe Richtungsstabilität auf und eignet sich insbesondere für Festgesteine, wie Kristallingesteine. Das Verfahren wurde in Deutschland zuvor noch nicht auf den hier vorgesehenen Tiefenbereich angewendet. Ein entscheidendes Teilziel des Vorhabens ist es daher, dieses Verfahren als wirtschaftliches und ökologisches Bohrverfahren für Geothermiebohrprojekte in Festgesteinen zu demonstrieren und ggf. weiterzuentwickeln und dadurch langfristig als wirtschaftliche Alternative zum herkömmlichen Rotary-Bohrverfahren für mitteltiefe Geothermieprojekte zu etablieren.
• Technische Universität Darmstadt - Fachbereich Material- und Geowissenschaften - Institut für Angewandte Geowissenschaften - Fachgebiet Angewandte Geothermie, Demonstration der Machbarkeit und Evaluation mitteltiefer Erdwärmesondenspeicher.  Dieses Teilprojekt umfasst die Projektleitung, die Gesamtplanung sowie die wissenschaftliche Begleitung des Vorhabens. So sollen die Betriebs- und Monitoringergebnisse aus dem Speicher-Experimentalbetrieb dazu verwendet werden, bestehende technische sowie ökonomisch-ökologische Simulationswerkzeuge zu validieren und diese weiterzuentwickeln, um zukünftig bessere Vorhersagen bei der Dimensionierung solcher Systeme treffen zu können und die Umweltauswirkungen solcher Systeme besser abschätzen zu können. Mittels der validierten Modellierungsansätze soll des Weiteren die Integration eines aufskalierten Speichers in das Nahwärmenetz am Campus Lichtwiese der TU Darmstadt in Verbindung mit möglichen Wärmequellen wie einem Solarthermiekollektorfeld oder dem universitätseigenen BHKW simuliert und bewertet werden, auch im Hinblick auf das langfristige Ziel eines klimaneutralen Betriebs der Heizwärmeversorgung am Campus.
• Handke Brunnenbau GmbH, Demonstration der Komplettierung und Eignung von Kompositrohren als Steigleitungen in koaxialen Hochtemperatur-Erdwärmesondenspeicherbohrungen.  Bei Erdwärmesondenspeichern (EWSS) treten im Vergleich zu herkömmlichen Erdwärmesonden üblicherweise deutlich höhere Fluidtemperaturen in den Sonden auf. Da infolgedessen auch die Spreizung zwischen Sondenein- und austritt höher ausfällt, nimmt der thermische Kurzschluss zwischen Vor- und Rücklauf deutlich zu. Um diesen so gering wie möglich zu halten und so die Be- und Entladeleistungen zu erhöhen, empfiehlt sich eine thermische Isolierung zwischen dem Innen- und Außenrohr der Koaxialsonde. Herkömmliche Konzepte kommen aber aufgrund der hohen Temperaturen und der größeren Tiefe bei mitteltiefen EWSS nicht infrage. Kompositrohre, die eine ausreichende mechanische und thermische Stabilität aufweisen und gleichzeitig das in ihrem Inneren an die Oberfläche zu fördernde Wärmeträgermedium gut gegenüber dem im Ringraum befindlichen, kühleren Wärmeträgermedium isolieren, wurden jüngst von Handke Brunnenbau GmbH patentiert (Offenlegungsdatum 09.02.2017) und im Wipotec-Projekt in Kaiserslautern eingesetzt. Dieses Rohrsystem wurde allerdings noch nicht für den Einsatz in EWSS erprobt. Hauptziel des Teilvorhabens ist der erfolgreiche Betrieb des Rohrsystems in einem Hochtemperatur-EWSS und damit die Demonstration der Anwendbarkeit dieser technologischen Neuerung in solchen Systemen.

Weblinks

https://www.enargus.de/detail/?id=3647090

zuletzt bearbeitet Juli 2023, Änderungs- oder Ergänzungswünsche bitte an info@geothermie.de