Mit ihrer dauerhaften Versorgungssicherheit, Ressourcenschonung, Umwelt-, Klima- und Gesundheitsverträglichkeit, stellt die Erdwärme eine gewinnbringende und durch ihre Unerschöpflichkeit wertvolle Alternative zu den heutigen Energieträgern und eine gute Lösungsmöglichkeit für die mit ihnen verbundenen Probleme dar. Im Gegensatz zur Nutzung konventioneller Energieträger erlaubt die Erdwärmenutzung eine höhere Fehlertoleranz, bedarf weniger Platz und weist eine geringere Feuer- und Explosionsgefahr auf. Wie alle anderen erneuerbaren Energieträger ermöglicht auch die Erdwärme eine, im Bezug auf die Betriebskosten, wirtschaftliche Beschaffung ihrer Energie. Des Weiteren verringern die dezentralen Nutzungsanlagen außerhalb der Städte Transportverluste und schaffen dabei gleichzeitig Arbeitsplätze im ländlichen Raum - sowohl in der Bau- als auch in der Betriebsphase.
Die Erdwärmenutzung wird je nach ihrer Lage im Boden in oberflächennahe und tiefe und abhängig von der Existenz von Grundwasser als Wärmeträgermedium in hydrothermale und petrologische Systeme untergliedert. Sowohl die hydrothermalen oberflächennahen Systeme als auch die petrologischen oberflächennahen Systeme stellen nur eine begrenzte Menge an geothermischer Energie zur Verfügung. Dem gegenüber bieten die mit der Tiefe steigenden Temperaturen ein sehr breites Spektrum an Nutzungsmöglichkeiten und erreichen ein für die Nutzer beträchtliches Potential an Wärmeenergie. Die Erdwärme der tiefen hydrothermalen Systeme wird seit mehreren Jahren zu zahlreichen Zwecken eingesetzt, während auf dem Gebiet der Nutzung der tiefen petrologischen Systeme zurzeit noch geforscht wird.
Aufgrund ihres riesigen Potentials konzentriert sich diese Diplomarbeit auf die tiefe hydrothermale Erdwärmenutzung. Nachdem die geologische und geophysische Grundlagen sowie Klassifizierung der Erdwärmesysteme in dem ersten Teil verständnishalber kurz zusammengefasst werden, werden in dem zweiten Teil auf die wesentlichen Phasen von Bau und Betrieb der tiefen hydrothermalen Erdwärmenutzung (Untersuchung, Gewinnung und Nutzung) im Hinblick auf ihren potentialen Schwachstellen wie Korrosion, Ablagerungen und Umweltauswirkungen eingegangen. Im letzten, praxisorientierten Teil der Arbeit werden dem Leser die in Kapitel eins und zwei dargestellten Inhalte am Beispiel eines bestehenden Erdwärme-Kraftwerks in der Türkei verdeutlicht.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Grundlagen
2.1 Allgemeines
2.2 Geologische Grundlagen
2.2.1 Erdentstehung und –aufbau
2.2.2 Theorie der Plattentektonik
2.3 Geothermische Systeme
2.3.1 Oberflächennahe Geothermie
2.3.2 Tiefe Geothermie
2.3.2.1 Allgemeines
2.3.2.2 Hydrothermale Systeme
2.3.2.3 Petrologische Systeme
3 Erschließung und Nutzung hydrothermaler Geothermie
3.1 Allgemeines
3.2 Untersuchung der geothermischen Energie
3.2.1 Allgemeines
3.2.2 Geologische Untersuchungen
3.2.3 Hydrologische Untersuchungen
3.2.4 Geochemische Untersuchungen
3.2.4.1 Siliciumdioxid-Geothermometer
3.2.4.2 Kation-Geothermometer
3.2.4.3 Gas-Geothermometer
3.2.4.4 Isotope Geothermometer
3.2.5 Geophysikalische Untersuchung
3.3 Gewinnung der geothermischen Energie
3.3.1 Allgemeines
3.3.2 Bohrung
3.3.2.1 Baustelleneinrichtungen
3.3.2.2 Bohrtechnik
3.3.2.3 Bohrspülung
3.3.2.4 Verrohrung und Zementation
3.3.2.5 Komplettierung
3.3.2.6 Sicherheit
3.3.3 Förderung
3.3.3.1 Pumpen
3.3.3.2 Ablagerung und Korrosion
3.3.4 Wärmewandlung und -transport
3.3.4.1 Wärmeüberträger
3.3.4.2 Wärmepumpen
3.3.4.3 Rohrleitungen
3.4 Nutzung der geothermischen Energie
3.4.1 Allgemeines
3.4.2 Stromerzeugung
3.4.2.1 Allgemeines
3.4.2.2 Direkte Dampfnutzungsanlagen
3.4.2.3 Flash-Anlagen
3.4.2.4 Binäranlagen
3.4.3 Raumheizung und -kühlung
3.4.4 Agrikultur und Aquakultur
3.4.4.1 Allgemeines
3.4.4.2 Agrikultur
3.4.4.3 Aquakultur
3.4.5 Industrielle, balneologische und touristische Anwendungen
3.4.6 Umweltauswirkungen der Erdwärmenutzung
3.4.6.1 Allgemeines
3.4.6.2 Physikalische und soziale Auswirkungen
3.4.6.3 Wasser- und Luftverschmutzung
4 Tiefe hydrothermale Erdwärmenutzung in der Türkei
4.1 Allgemeines
4.2 Erdwärmenutzung in der Türkei
4.3 Erdwärme-Kraftwerk Dora-1
4.3.1 Das Salavatli-Sultanhisar Erdwärmesystem
4.3.2 Aufbau und Betrieb
4.3.2.1 Binärtechnologie
4.3.2.2 Kühlsystem
4.3.2.3 Rückinjektion
4.3.2.4 Korrosions- und Ablagerungsschutz
4.3.2.5 Anschluss an das Stromnetz
4.3.2.6 Das Pentan-Sicherheitssystem
4.3.2.7 CO2-Gewinnungsanlage
4.3.3 Erweiterungsprojekte
4.4 Nutzungsmöglichkeiten der Rest- und Abwärme
4.4.1 Restwärme
4.4.1.1 Allgemeines
4.4.1.2 Fernwärmeheizung
4.4.1.3 Gewächshausheizung
4.4.1.4 Balneologische und touristische Nutzung
4.4.2 Abwärme
5 Zusammenfassung und Fazit
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht das Potenzial und die technischen sowie wirtschaftlichen Aspekte der tiefen hydrothermalen Erdwärmenutzung. Ziel ist es, die Phasen von Untersuchung, Gewinnung und Nutzung zu analysieren und deren Schwachstellen wie Korrosion und Ablagerungen am Beispiel des türkischen Geothermiekraftwerks Dora-1 praxisorientiert zu beleuchten.
- Geologische und physikalische Grundlagen der Geothermie
- Methoden zur Erschließung und Förderung geothermischer Energie
- Technologien zur Stromerzeugung und Wärmenutzung
- Herausforderungen durch Korrosion und chemische Ablagerungen (Scalings)
- Fallstudie: Erdwärmekraftwerk Dora-1 in der Türkei
- Strategien zur Nutzung von Rest- und Abwärme
Auszug aus dem Buch
3.3.2.3 Bohrspülung
Die Spülflüssigkeit spielt eine sehr wichtige Rolle bei dem Rotary-Bohrverfahren, da sie drei grundsätzliche Aufgaben zu erfüllen hat; Abtrag der Formation und Bohrlochreinigung, Bohrlochstabilisierung und zusätzliche Aufgaben. Die Bohrspülung löst zuerst die Bodenformation, bindet sie an sich und trägt danach aus dem Bohrloch raus. Dadurch erfolgt der Abtrag der Formation und Bohrlochreinigung. Nachdem die Bohrspülung einen dünnwandigen Filterkuchen geringerer Durchlässigkeit gebildet hat, wird das Bohrloch stabilisiert und gegen Grundwasserzutritt geschützt. Als zusätzliche Aufgaben schmiert und kühlt die Bohrspülung das Bohrgerät und den Bohrkopf und schützt sie gegen Korrosion. (Wegener & Bayer, 2010)
Der Verfahrensablauf der Spülbohrung wird in der Abbildung 3-3 dargestellt. Die aus den Spültanks angesaugte Spülflüssigkeit wird mit hohem Druck durch die Bohrspitze gesprüht. Das Gemisch aus Bohrspülung und Bohrkleingut wird zwischen Bohrgestänge und Bohrlochwand an die Erdoberfläche gefördert, wo die Flüssigkeit von dem Bohrkleingut mit unterschiedlichen Methoden getrennt und wieder zurück in den Kreislauf gepumpt wird.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Arbeit thematisiert die wachsende Bedeutung regenerativer Energien und führt in die Grundlagen der Geothermie sowie das spezifische Fallbeispiel des Kraftwerks Dora-1 ein.
2 Grundlagen: Es werden die geologischen und geophysikalischen Voraussetzungen für geothermische Systeme erläutert, inklusive einer Klassifizierung nach Nutzungstiefen.
3 Erschließung und Nutzung hydrothermaler Geothermie: Dieses Kapitel behandelt detailliert die wissenschaftlichen Untersuchungsmethoden, Bohrtechniken, Förderanlagen sowie die Herausforderungen durch Korrosion und Ablagerungen.
4 Tiefe hydrothermale Erdwärmenutzung in der Türkei: Hier erfolgt eine praxisbezogene Analyse des Status quo der Erdwärmenutzung in der Türkei mit Fokus auf dem Kraftwerk Dora-1 und zukünftigen Nutzungsmöglichkeiten von Rest- und Abwärme.
5 Zusammenfassung und Fazit: Die Arbeit schließt mit einer Bewertung der Erdwärme als Zukunftsenergie und benennt kritische Aufgaben wie die Materialforschung und Wirtschaftlichkeitsoptimierung.
Schlüsselwörter
Geothermie, Hydrothermale Systeme, Tiefbohrung, Bohrtechnik, Erdwärme-Kraftwerk, Türkei, Dora-1, Korrosion, Ablagerungen, Scaling, Stromerzeugung, Fernwärme, Gewächshausheizung, Restwärmenutzung, Rückinjektion
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Erschließung und Nutzung tiefer hydrothermaler Erdwärmesysteme, wobei das Potenzial und die technischen Hürden, insbesondere im türkischen Kontext, analysiert werden.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zu den Schwerpunkten zählen die geologischen Grundlagen, Bohr- und Förderverfahren, der Schutz vor Korrosion und chemischen Ablagerungen sowie die Strom- und Wärmeversorgung durch Geothermie.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Ziel ist es, die Phasen der geothermischen Energiegewinnung detailliert darzustellen und anhand eines bestehenden Projekts in der Türkei Lösungsansätze für effizienteren Betrieb und Restwärmenutzung aufzuzeigen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer fundierten Literaturanalyse technischer Grundlagen sowie auf einer praxisorientierten Fallstudie durch Anlagenbesuche und Experteninterviews.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil analysiert Untersuchungsmethoden (Geochemie, Geophysik), Bohrtechnologien, Aspekte der Sicherheit, Korrosionsschutz sowie die direkte und indirekte Nutzung von Erdwärme.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Geothermie, hydrothermale Erdwärme, Kraftwerkstechnik, Korrosionsschutz, Restwärmenutzung und der türkische Energiemarkt.
Welche spezifische Rolle spielt das Erdwärmekraftwerk Dora-1 in der Arbeit?
Dora-1 dient als konkretes Fallbeispiel für eine kommerzielle Anlage, an der Aufbau, Betrieb sowie der Umgang mit technischen Herausforderungen wie Scaling und Restwärmeverwertung detailliert dokumentiert werden.
Welche Problematik bei der Restwärmenutzung wird besonders hervorgehoben?
Es wird aufgezeigt, dass die Restwärmenutzung (z.B. für Gewächshäuser) zwar das Potenzial hat, die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen, jedoch durch Faktoren wie Silikat-Scaling und komplexe hydraulische Anforderungen technisch anspruchsvoll ist.
Warum ist die Rückinjektion für geothermische Anlagen so wichtig?
Die Rückinjektion ist entscheidend, um den Druck im Reservoir aufrechtzuerhalten, die thermische Nachhaltigkeit zu sichern und ökologische Risiken durch mineralhaltiges Wasser zu minimieren.
- Quote paper
- Firat Uygur (Author), 2010, Tiefe Erdwärmenutzung am Beispiel eines Geothermiekraftwerks in der Türkei, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/184661
