Fachdokumente Online der Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg

zur LUBW   zum Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft   zum Ministerium für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz   zum Ministerium für Verkehr und Infrastruktur  

Fachdokumente zu "Umweltforschung"

Themen

Neue Fachdokumente

GEO-SOLE Thermisch-energetische und anlagentechnische Bewertung von Wärmeträgerflüssigkeiten für oberflächennahe geothermische Anwendungen (Teil 2)

Volltext

Beschreibung

Im Zuge des Vormarsches regenerativer Energien spielt die Wärmegewinnung durch Geothermie sowohl in Deutschland als auch weltweit eine immer größere Rolle, da es sich um eine nahezu unerschöpfliche Energiequelle handelt, welche umweltschonend vielerorts eingesetzt werden kann und keine gravierenden landschaftlichen Veränderungen an der Erdoberfläche erfordert.

Unter anderem wird diese Energie durch untiefe Erdwärmesonden erschlossen, welche mittels einer Wärmepumpenanlage hauptsächlich zur Erwärmung, aber auch zur Kühlung von Gebäuden eingesetzt werden.

Um auf der einen Seite einen energetisch optimalen Betrieb von Erdwärmepumpenanlagen zu erreichen und auf der anderen Seite das potenzielle Risiko für Boden und Grundwasser beim Betrieb von Erdwärmesonden abschätzen zu können, wurde im Forschungsprojekt "Geo-Sole" eine vergleichende hydrogeologische und anlagentechnische Bewertung unterschiedlicher Wärmeträgerflüssigkeiten durchgeführt.

Für den wirtschaftlichen Betrieb einer Erdwärmepumpenanlage werden häufig frostschutzmittelhaltige Wärmeträgerflüssigkeiten eingesetzt, die aus wasserrechtlicher Sicht Risiken für Boden und Grundwasser in sich bergen. In Teil B des Projektes wird vor allem das unkontrollierte austreten der Wärmeträgerflüssigkeit in den Untergrund, im Falle einer Leckage an der Erdwärmesonde, in Betracht gezogen.

In diesem Zusammenhang wurden zunächst gängige Wärmeträgerflüssigkeiten auf ihre chemische Wechselwirkung bei Kontakt mit einem natürlichen Boden und einer speziell für Erdwärmesonden hergestellten Hinterfüllmasse, untersucht. Dies geschah zunächst durch das Zusammenführen von Boden bzw. Hinterfüllmasse mit unterschiedlichen Wärmeträgerflüssigkeiten in Form von Batchversuchen. Die chemische Veränderung der Flüssigkeiten, vor allem bezogen auf die Konzentrationsänderung der Hauptinhaltsstoffe nach dem Kontakt mit den Materialien wurde untersucht. In Ergänzung zu diesen Untersuchungen wurden die gleichen Materialien und Flüssigkeiten in analoger Kombination in Durchströmungsversuchen eingesetzt und die daraus erhaltenen Eluate entsprechend denen aus den Batchversuchen untersucht. Ziel dieser Versuchsdurchführungen war es letztlich, über die ermittelten chemischen Wechselwirkungen und hydraulischen Parameter, Aussagen über die von den Wärmeträgerflüssigkeiten ausgehenden Risiken für Boden und Grundwasser, im Fall einer Sondenleckage, treffen zu können. Die untersuchten Fluide auf Basis von Ethylenglykol, Kaliumkarbonat, Kaliumformiat und Wasser zeigen im Kontakt mit Hinterfüllmaterialien und Modellböden ein unterschiedliches Rückhaltevermögen. Sowohl die vorhandenen Mineralphasen, wie auch die Durchlässigkeit allgemein, beeinflusst die Stoffausbreitung der Fluide.

Die Wärmeträgerfluide, dessen Hauptkomponente Kaliumkarbonat ist, zeigte im Kontakt mit den Hinterfüllmassen bzw. Modellböden teilweise eine deutliche Adsorption von Kaliumionen an die darin enthaltenen Mineralphasen. Für die untersuchten Wärmeträgerfluide, deren Hauptkomponente Ethylenglykol ist, konnte im Kontakt mit der Hinterfüllmasse eine Adsorption von Ethylenglykolmolekülen an die sorptiv wirksamen Dreischichttonminerale festgestellt werden. Zudem ergaben sich aus Durchströmungsversuchen sowohl nach der Durchströmung mit Kaliumkarbonat, wie auch mit Kaliumformiat und Ethylenglykol deutliche Gefügeänderungen. Die Fluide auf Formiatbasis wiesen in den Batchversuchen keine Reduzierung des Formiats durch sorptive Prozesse auf.

In simulierten Leckagefällen konnte gezeigt werden, dass die Hinterfüllung und vor allem die umgebende Geologie die Ausbreitung stark beeinflusst. Die festgestellten geringen Durchlässigkeiten der untersuchten Hinterfüllmaterialien gewährleisten einen guten Schutz. Sollte dennoch das Wärmeträgerfluid diese Barriere durchbrechen, so wird die Ausbreitung von der Durchlässigkeit und den sorptiven Eigenschaften des Gesteins gesteuert. Die Fluideigenschaften wie z.b. Dichte und Viskosität haben ebenfalls einen Einfluss. Um eine Bewertung über die Ausbreitung zu geben, wurde in diesem Projekt eine Matrix beigefügt, die unterschiedliche Leckageszenarien und ihre Wirkung aufzeigt.

Metadaten

TitelGEO-SOLE Thermisch-energetische und anlagentechnische Bewertung von Wärmeträgerflüssigkeiten für oberflächennahe geothermische Anwendungen (Teil 2) 
Stand 2010 
Seitenzahl128 
Förderkennzeichen ZO4E26006

 

Autoren:

Verknüpfte Schlagworte:

Verknüpfte Themen:

Ist Abschlussbericht von Forschungsprojekt:

Enthalten in Fachsystemen:


Weitere Themenbereiche
Weitere Fachsysteme
 
Seitenanfang Seite drucken

Fachdokumente Online