GeothermieProf. Dr. Manfred Koch

Florian Werner

16.09.2010

Referat über den “Geothermics” Artikel:

Electricity generation using a carbon-dioxide thermosiphon

Aleks D. Atrens, Hal Gurgenci, Victor Rudolph

Queensland Geothermal Energy Centre of Excellence,

The University of Queensland, Brisbane, QLD, 4067, Australia

Geothermics 39 (2010) 161–169

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Florian Werner

16.09.2010

Gliederung

1. Was sind EGS

2. Gründe für CO2 als Wärmträgerfluid

3. Die Modellierung

4. Referenz Fall

5. Variationen

6. Annahmen

7. Ergebnisse

8. Quellen2

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• Engineered geothermal systems (EGS)

• Tiefengeothermie

• Meist ab ca. 4000m

• Temperaturen > 150°C

• Fluid wird vom Gestein erhitzt

• Durchlässigkeit wird mittels Stimulation erhöht

• Reservoir, Produktions- und Injektionsbohrungen

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1) Was sind EGS

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1) Was sind EGS

Produktion

Injektion

Reservoir

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• Nichtpolares Fluid verhindert Ablagerungen

• CO2 kann gebunden werden

• CO2 kann direkt in Turbinen genutzt werden

• Starke Auftriebskräfte ermöglichen Thermosiphon

• Bessere Strömungseigenschaften im Reservoir Viskosität und Dichte

• Frühere Untersuchungen zeigten für CO2: Unter idealisierten Bedingungen Einfacheres Equipment Ähnliche Stromproduktion5

2) Gründe für CO2 als Wärmträgerfluid

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• Ziel ist die Analyse

der Umstände und Auslegungsparameter

bei denen CO2 nützlich sein könnte

• berechnet mit MATLAB

• injection component

• production component

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3) Modellierung

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Das Injektionsbohrloch:• Charakterisiert durch

Massenstrom und Injektionsdruck

• Abgeleitet von: „ Mechanik bei Rohrströmungen“ für die Bohrlöcher „Darcy-Gesetz“ für das Reservoir

• Numerische Beschreibung auf Grundlage der

Korrelationen der helmholtzschen freien Energie• Iterativ ermittelt• Bis definierter und berechneter Reservoirdruck

übereinstimmen7

3) Modellierung: injection component

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3) Modellierung: Berechnungen

wellfPzgP ,

22

22

,

8

2 D

zmf

V

D

zfP wellf

2

2Vzgh

211,1

7,4Re

9,6log8,1

D

f

mz 50

Injektions Bohrloch:

610Re inj710Re prod

Reservoir:

HW

m

L

P resf

, mL 10

W,H, κ wurden „iterreativ“ aus der Impedanz (0,2-1MPa/kgs) berechnet

85 101108Re bis

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• Selbe Berechnungsweise wie für die Injektionsbohrung

• • Durchströmungsverhalten von Flüssigkeit und

Gas ist unterschiedlich:

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3) Modellierung: production component

wellfresprod PzgPP ,

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3) Modellierung: Berechnungen

• Einfluss der Reservoir breite• Größter Druckverlust im

Bohrlochaustritt am Reservoir• Veränderliche Reservoir breite

wurde bei CO2 berücksichtigt

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• Zusammenführung der Modellrechnungen

• Produktionsdruck und Massenstrom aus Injektionsdruck • Direkte Berechnung der Exergie:• Exergie zu Potentialanalyse• Referenzparameter:

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4) Referenz Fall

injprodinjprod ssThhm 0

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• Vergleich CO2 und Wasser:

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4) Referenz Fall

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1. Reservoirs mit hoher Impedanz:

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5) Variationen:1.Hohe Impedanz

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2. Verhältnis von Injektions- zu Produktionsbohrungen• a=1:1, b=1:2, c=1:3

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5) Variationen:2. Bohrungsanzahlverhältnis

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3. Flache EGS:• Bsp:3000m, 150°C• Probleme:

Grundwasser Niedrige Temperatur Weniger Energie

• Vorteile: Geringer Bohrkosten Weniger Reibungsverluste Bessere Viskosität von CO2

bei geringeren Temperaturen

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5) Variationen:3.Flache EGS

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4.Große Bohrungsdurchmesser :• a =23.5cm

b=30.5cm

c=40.6cm• Hohe Kosten• Geringere Druckverluste• Großer Effekt

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5) Variationen: 4.Bohrungsdurchmesser

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• Stady State

• Reservoir wird als homogen angenommen

• Konstante Permeabilität (bzw. Widerstand) im Reservoir• Der Widerstand wurde numerisch aus den Daten für

Wasser ermittelt• Wärmeanfuhr in den Bohrlöchern ist vernachlässigbar

• Vernachlässigbare Fluidverluste (Großes Bohrungsfeld)

• Reservoir druck = Druck an der Produktbohrung

• Temperaturverlauf im Reservoir wird linear angenommen17

6) Annahmen

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• Geringe Exergie bei CO2 im Referenzfall Geringere Wärmekapizität benötigt höhere Massenströme Gasnatur des CO2 in der Produktionsbohrung

Höhere Druckverlust in der Produktionsbohrung

• Bessere Ergebnisse bei: Reservoirs mit hohem Widerstand Große Bohrungsdurchmesser

• Wirtschaftlichkeit wurde nicht eingehend betrachtet Möglicherweise wettbewärbsfähiger für Flache EGS Vorteile von CO2 scheinen nicht ausreichend bis größere

Bohrdurchmesser kostengünstiger werden

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7) Ergebnisse

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• Aleks D. Atrens , Hal Gurgenci, Victor Rudolph:∗ Electricity generation using a carbon-dioxide thermosiphon, Geothermics 39, 1issue S. 261–169, Elsevier Ltd, 2010.

www.elsevier.com/locate/geothermics

• http://www.geothermie.de/wissenswelt/geothermie/

technologien/petrothermale-systeme.html

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8) Quellen

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