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Geothermie Prof. Dr. Manfred Koch Florian Werner 16.09.2010 Referat über den Geothermics Artikel: Electricity generation using a carbon-dioxide thermosiphon.

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1 Geothermie Prof. Dr. Manfred Koch Florian Werner 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

2 Geothermie Prof. Dr. Manfred Koch Florian Werner Gliederung 1.Was sind EGS 2.Gründe für CO 2 als Wärmträgerfluid 3.Die Modellierung 4.Referenz Fall 5.Variationen 6.Annahmen 7.Ergebnisse 8.Quellen 2

3 Geothermie Prof. Dr. Manfred Koch Florian Werner 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 3 1) Was sind EGS

4 Geothermie Prof. Dr. Manfred Koch Florian Werner ) Was sind EGS Produktion Injektion Reservoir

5 Geothermie Prof. Dr. Manfred Koch Florian Werner Nichtpolares Fluid verhindert Ablagerungen CO 2 kann gebunden werden CO 2 kann direkt in Turbinen genutzt werden Starke Auftriebskräfte ermöglichen Thermosiphon Bessere Strömungseigenschaften im Reservoir Viskosität und Dichte Frühere Untersuchungen zeigten für CO 2 : Unter idealisierten Bedingungen Einfacheres Equipment Ähnliche Stromproduktion 5 2) Gründe für CO 2 als Wärmträgerfluid

6 Geothermie Prof. Dr. Manfred Koch Florian Werner Ziel ist die Analyse der Umstände und Auslegungsparameter bei denen CO 2 nützlich sein könnte berechnet mit MATLAB injection component production component 6 3) Modellierung

7 Geothermie Prof. Dr. Manfred Koch Florian Werner 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 übereinstimmen 7 3) Modellierung: injection component

8 Geothermie Prof. Dr. Manfred Koch Florian Werner ) Modellierung: Berechnungen Injektions Bohrloch: Reservoir: W,H, κ wurden iterreativ aus der Impedanz (0,2-1MPa/kgs) berechnet

9 Geothermie Prof. Dr. Manfred Koch Florian Werner Selbe Berechnungsweise wie für die Injektionsbohrung Durchströmungsverhalten von Flüssigkeit und Gas ist unterschiedlich: 9 3) Modellierung: production component

10 Geothermie Prof. Dr. Manfred Koch Florian Werner ) Modellierung: Berechnungen Einfluss der Reservoir breite Größter Druckverlust im Bohrlochaustritt am Reservoir Veränderliche Reservoir breite wurde bei CO 2 berücksichtigt

11 Geothermie Prof. Dr. Manfred Koch Florian Werner Zusammenführung der Modellrechnungen Produktionsdruck und Massenstrom aus Injektionsdruck Direkte Berechnung der Exergie: Exergie zu Potentialanalyse Referenzparameter: 11 4) Referenz Fall

12 Geothermie Prof. Dr. Manfred Koch Florian Werner Vergleich CO 2 und Wasser: 12 4) Referenz Fall

13 Geothermie Prof. Dr. Manfred Koch Florian Werner Reservoirs mit hoher Impedanz: 13 5) Variationen:1.Hohe Impedanz

14 Geothermie Prof. Dr. Manfred Koch Florian Werner Verhältnis von Injektions- zu Produktionsbohrungen a=1:1, b=1:2, c=1:3 14 5) Variationen:2. Bohrungsanzahlverhältnis

15 Geothermie Prof. Dr. Manfred Koch Florian Werner Flache EGS: Bsp:3000m, 150°C Probleme: Grundwasser Niedrige Temperatur Weniger Energie Vorteile: Geringer Bohrkosten Weniger Reibungsverluste Bessere Viskosität von CO 2 bei geringeren Temperaturen 15 5) Variationen:3.Flache EGS

16 Geothermie Prof. Dr. Manfred Koch Florian Werner Große Bohrungsdurchmesser : a =23.5cm b=30.5cm c=40.6cm Hohe Kosten Geringere Druckverluste Großer Effekt 16 5) Variationen: 4.Bohrungsdurchmesser

17 Geothermie Prof. Dr. Manfred Koch Florian Werner 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 angenommen 17 6) Annahmen

18 Geothermie Prof. Dr. Manfred Koch Florian Werner Geringe Exergie bei CO 2 im Referenzfall Geringere Wärmekapizität benötigt höhere Massenströme Gasnatur des CO 2 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 18 7) Ergebnisse

19 Geothermie Prof. Dr. Manfred Koch Florian Werner Aleks D. Atrens, Hal Gurgenci, Victor Rudolph: Electricity generation using a carbon-dioxide thermosiphon, Geothermics 39, 1issue S. 261–169, Elsevier Ltd, technologien/petrothermale-systeme.html 19 8) Quellen

20 Geothermie Prof. Dr. Manfred Koch Florian Werner Noch Fragen ?


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