DE3627680A1 - Verfahren zur gewinnung von erdwaerme - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bezeichneten Art.

Ein derartiges Verfahren ist allgemein als Hot-Dry-Rock-Verfahren bekannt. Hierfür ist kennzeichnend, daß zwei Bohrungen neben­ einander niedergebracht werden, von denen durch die tiefere Wasser in den Untergrund gepreßt wird. Das Wasser erfährt dadurch eine Aufheizung und gelangt durch die andere Bohrung in erhitztem Zustand an die Oberfläche. Die Wärmeübertragung vollzieht sich in einem Hohlraum, aus welchem das erhitzte Wasser bzw. der Dampf abgeleitet wird. Diese Betriebsweise ist an ein Erdreich gebunden, welche gegenüber dem unter hohem Druck eingepreßten Wasser eine hinreichende Erosionsfestigkeit besitzt. Dennoch nimmt das aufsteigende Wasser bzw. der aufsteigende Dampf abge­ tragene Partikel des inneren Hohlraums mit, so daß als weiterer Nachteil Einschränkungen bei der oberirdischen Wärmeverwertung bestehen. Vielfach befinden sich auch energietechnisch sehr wirkungsvoll ausnützbare Wärmevorkommen in Gesteinsschichten, die besonders erosionsempfindlich sind. Für eine Wärmegewinnung in derartigen Erdschichten eignet sich das genannte Verfahren mithin nicht. Schließlich nimmt das erhitzte Wasser bzw. der erhitzte Dampf entsprechend der in zunehmender Erdtiefe ansteigenden Radioaktivität neben seinen sonstigen Verunreinigungen eine radioaktive Belastung auf, die der uneingeschränkten Wärme­ ausnutzung ebenfalls entgegensteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der ein­ leitend beschriebenen Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß es auch in erosionsgefährdeten Erdschichten angewendet werden kann, ohne daß der gebildete Dampf bzw. das gebildete Heißwasser konta­ miniert werden.

Diese Aufgabenstellung löst die Erfindung durch den Vorschlag gemäß dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1, für den die Vorschläge der Unteransprüche 2 bis 9 vorteilhafte Weiterent­ wicklungen vorsehen.

Durch das nach außen geschlossene Kreislaufsystem wird hierbei gewährleistet, daß das eingespeiste Wasser mit dem Erdreich über­ haupt nicht in unmittelbarer Berührung gelangt. Somit sind weder Auswaschungen desselben zu besorgen, noch kommt es zu einer übermäßig radioaktiven Kontamination des erzeugten Wassers bzw. des erzeugten Dampfes. Das auch oberirdisch geschlossene Kreis­ laufsystem gewährleistet hierbei im übrigen, daß keine uner­ wünschte Radioaktivität nach außen gelangt. Der Verarbeitungsprozeß hat zwar in vielen Fällen nur eine maßvolle Ausgangstemperatur, jedoch erreicht man durch die Kondensation des Dampfes im Anschluß an seine Verarbeitung eine auch wirtschaftlich befriedigende Energiegewinnung.

Das geschlossene Kreislaufsystem läßt sich in unterschiedlicher Weise verwirklichen. Von besonderem Vorteil ist es, hierfür eine Kondensations-Dampf-Turbine zu verwenden, wie sie zum bekannten Stand der Technik zählt. Eine auch in zeitlicher Hinsicht gleich­ mäßige Betriebsweise einer derartigen Dampfturbine wird dadurch gewährleistet, daß für den Betrieb der Dampf bzw. das hoch­ erhitzte Wasser einem Dampfkessel zugeführt werden, der den Druck und die Temperatur des Dampfes zeitlich homogenisiert. Im Anschluß an diesen Dampfkessel findet zunächst in einer für Dampfturbinen üblichen Weise eine Behandlung in einer Verdichter­ stufe statt.

Das eingepreßte Wasser des Wasser-Dampf-Kreislaufsystems wird zweckmäßig nach seiner Einleitung in die Tiefenlage der Dampfer­ zeugung über ein Einwegventil einem im Querschnitt vergrößerten Aufheizbehälter zugeführt. Dieser Auffangbehälter besitzt vorteilhaft eine vergrößerte spezifische Oberfläche, indem er beispielsweise eine gewellte Wand aufweist.

Auf diese Weise läßt sich besonders viel Wärme auf den Aufheiz­ behälter übertragen. Die Erdwärme teilt sich dem Aufheizbehälter dabei thermisch leitend mit. Auch für den Austritt aus dem letzteren ist zweckmäßig ein Einwegeventil vorgesehen. Der Einpreßdruck muß den Heißwasser- bzw. Dampfdruck im Aufheiz­ behälter überwinden. Dies ist besonders dann von großer Bedeutung, wenn im Aufheizbehälter unmittelbar Wasser durch die Aufnahme der Erdwärme verdampft wird. Die erwähnten Ventile lassen sich vorteilhaft auch noch elektrisch ansteuern, so daß die Betriebsweise von einem oberirdischen Leitstand aus steuerbar ist.

Für die Bildung des gewünschten Dampfzustandes ist vorteilhaft vor dem Dampfkessel eine weitere Pumpe zur Drucksteigerung ange­ ordnet. Diese Pumpe sowie auch die Wassereinpreßpumpe und der Verdichter erlangen ihren Antrieb in bekannter Weise von der Turbinenwelle unmittelbar.

Ein erhöhtes Maß an Betriebssicherheit wird dadurch erreicht, daß für den Überdruck des Dampfkessels eine Ableitung in das Wasser­ einpreßsystem gewählt wird.

Im Interesse einer möglichst weitgehenden Ausnutzung der Erdwärme muß einerseits eine möglichst große Wärmeübergangsfläche beim Aufheizbehälter geschaffen werden, was, wie schon erwähnt, beispielsweise durch wellige Wandungen verwirklichbar ist. Darüber hinaus ist es wesentlich, daß der Wärmeübergang vom Erd­ reich auf den Aufheizbehälter möglichst intensiv verläuft. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß die Erdwärme innerhalb der Bohrung von einer Flüssigkeit, insbesondere Öl, auf den Aufheiz­ behälter übertragen wird. Diese Flüssigkeit muß derart gewählt werden, daß sie bei einer höheren Temperatur als Wasser verdampft bzw. siedet. Sie verbleibt zweckmäßig ständig in der Bohrung und wird notfalls durch im Umlauf geführtes Wasser mittels des Leitungssystems und des Aufheizbehälters gekühlt.

Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen Bezug genommen. Darin zeigt

Fig. 1 eine Gesamtdarstellung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens, während

Fig. 2 den Aufheizbehälter in vergrößerter Darstellung wiedergibt.

Das Bohrloch 1 ist gemäß Fig. 1 in mehreren Stufen bis auf die erforderliche Tiefe niedergebracht. Die stufenweise Verringerung des Bohrlochdurchmessers sowie auch die Bohrlochauskleidung 2 sind nach dem Stand der Technik üblich.

In das Bohrloch 1 führt das Wasserzuflußrohr 10, an dessen unterem Ende sich das Einwegventil 13 befindet. Letzteres erlaubt den Eintritt des Speisewassers in den Aufheizbehälter 12. Aus diesem führt das Dampfauslaßrohr 11 nach oben. Auch letzteres ist über ein Einwegventil 13 an den Aufheizbehälter 12 angeschlossen. Die Durchlaßrichtung ist dabei derart, daß Dampf bzw. heißes Wasser lediglich durch dieses Ventil austreten können. Beide Ein­ wegventile 13 erfahren eine elektrische Steuerung in einer zeichnerisch nicht näher wiedergegebenen oberirdischen Steuer­ anlage. Man erkennt indes die Kabel 14, die zu den Stell­ gliedern der Ventile führen.

Der in der beschriebenen Weise aufwärts strömende Dampf bzw. das aufwärts strömende Heißwasser erfahren in der Pumpe 20 eine Drucksteigerung, um anschließend im Dampfkessel 21 bezüglich Druck und Temperatur ausgeglichen und ggf. auch weiter erhitzt zu werden. Ein Sicherheitsventil 22 führt zu einer Überdruckleitung 23 vom Dampfkessel 21 in das Rückführungssystem. Der für den Betrieb der Turbine 25 vorgesehene Dampf erfährt in üblicher Weise in der Verdichtungsstufe 24 eine Nachverdichtung, bevor er der Turbine 25 zuströmt. Letzterer treibt den Generator 26 an.

An dessen Dampfrückführung 27 schließt sich der Kondensator 28 an dem die Wassereinpreßpumpe 29 folgt. Mit letzterer wird das kondensierte Wasser in das Wasserzuflußrohr 10 eingepreßt, wobei der Druck ausreichend gewählt wird, um einen Zufluß zum Aufheiz­ behälter 12 zu gewährleisten.

Der Aufheizbehälter 12 ist in zeichnerisch nicht wiedergegebener Weise zum Zwecke der Wärmeübertragung von einer bei sehr hoher Temperatur siedende Flüssigkeit, insbesondere mit Öl, umgeben. Die Siedetemperatur dieser Flüssigkeit wird von der Erdwärme nicht erreicht, so daß diese Flüssigkeit mithin in der Tiefe des Bohrlochs verbleiben kann. Dessen Auskleidung schützt nicht nur die Gefäße des Kreislaufsystems, sondern verhindert zugleich ein Eindringen der genannten Flüssigkeit in das umgebende Erdreich.

Claims (9)

1. Verfahren zur Gewinnung von Endwärme, bei welchem durch eine Erdbohrung, die bis auf eine für die Erzeugung von Wärme aus­ reichende Erdtemperatur wiedergebracht wurde, Wasser einge­ preßt wird, das einem Wärmeaustausch mit dem Erdreich unter­ liegt, während der Dampf für die Energiegewinnung verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß das Wasser und der Dampf in einen gemeinsamen, ge­ schlossenen Kreislaufsystem geführt werden, innerhalb dessen der Dampf im Anschluß an seine Verarbeitung eine Kondensation erfährt, und
daß das kondensierte Wasser mittels einer Pumpe auf seinen Einpreßdruck gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Kreislaufsystem durch eine Kondensationsdampfturbine verwirklicht ist, für deren Betrieb der Dampf in einem Dampfkessel bezüglich seines Druckes und seiner Temperatur zeitlich homogen erzeugt wird, und wobei der Dampf zunächst in einer Verdichter­ stufe behandelt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser in einem Leitungssystem für den Wasser-Dampf-Kreislauf in der Tiefenlage der Dampf­ erzeugung über ein Einwegventil einem im Querschnitt ver­ größerten Aufheizbehälter zuströmt, auf den die Erdwärme thermisch leitend übertragen wird, und für dessen Ausgang ein weiteres Einwegventil vorgesehen ist.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser durch die Übertragung der Erdwärme ver­ dampft wird.

5. Verfahren nach Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile einer elektrischen Steuerung unterliegen.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der nach oben strömende Dampf bzw. das nach oben strömende Wasser vor dem Eintritt in den Dampfkessel eine weitere Drucksteigerung mittels einer Pumpe erfahren.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen und der Verdichter ihren Antrieb von der Turbinenwelle erhalten.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für den Überdruck des Dampfkessels ein Rückfluß in das Wasserspeisesystem vorgesehen ist.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdwärme dem Aufheizbehälter mittels einer im Bohrloch verbleibenden, im wesentlichen höher als Wasser siedenden Flüssigkeit, insbesondere Öl, übertragen wird.