Systemanalyse und Optimierung tiefengeothermischer Kraftwerke
Carsten David Fichter
Nov 2011 · Schriftenreihe des Energie-Forschungszentrums Niedersachsen (EFZN) Book 3 · Cuvillier Verlag
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Bei der Auslegung und dem anschließenden Produktionsbetrieb geothermischer Kraftwerke wird oftmals die Wirtschaftlichkeit durch Anlagenausfälle gefährdet. Typische Schadensbilder sind hierbei Korrosion, Ablagerungen (Scaling & Fouling), Erosion, Kavitation und Materialermüdung. Korrosion und Scaling sind in erster Linie auf die vorliegende hohe Salinität, Erosion durch Sandaustrag aus der Formation, Kavitation durch das Unterschreiten des Dampfdruckes des geförderten Fluids und Materialermüdung durch An- und Abfahrvorgänge, zurückzuführen. Es werden hierfür hohe Anforderungen an die Materialien gestellt. Während der Planungsphase muss in einem sehr frühen Stadium eine Material-/Werkstoffwahl, oft ohne genaue Kenntnis der vorliegenden örtlichen geothermalen Fluid - Zusammensetzung, getroffen werden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird das geothermische Gesamtsystem: Primärkreislauf (Erschließung und Betrieb des Untergrundes), Sekundärkreislauf (Kraftwerk) und Tertiär-kreislauf (Wärme- und Kälteverteilung) am Standort der Medizinischen Hochschule Hannover untersucht. Das Ziel ist die Entwicklung einer transparenten, strukturierten Auslegungsstrategie für das geothermische Kraftwerk, um einen effektiven und wirtschaftlichen Anlagenbetrieb zu gewährleisten. Maßgeblich wird das geothermische Gesamtsystem vom primären Kreislauf beeinflusst. Die Haupteinflussgrößen sind die Ausfallszeiten der einzelnen Aggregate und die Wärmeübertragung unter dem Einfluss von Korrosion, Erosion, Ablagerungen, Kavitation und thermischen Wechselbeanspruchungen. Die vorliegende Arbeit wurde in die Schwerpunkte, (a) Systemanalyse des geothermischen Gesamtsystems, (b) Klassifizierung der Schäden des geothermischen Gesamtsystems auf Grundlage einer Umfrage mit mitteleuropäischen Geothermie - Anlagenbetreibern, (c) experimentelle Fluiduntersuchungen zur Beschreibung von Korrosions- und Ablagerungsraten für den Standort der Medizinischen Hochschule Hannover, (d) probabilistische Modellierung der Ausfallswahrscheinlichkeit und Ausfallszeiten der Anlagenteile und die hieraus resultierenden Auswirkungen auf die Gesamtanlage und (e) Zusammenstellung von Handlungsempfehlungen, untergliedert. Die Aggregate wie: Förderbohrungen, Tauchkreiselpumpe und Wärmeüberträger im primären Kreislauf, zeigen die größten Abhängigkeiten, bezüglich eines wirtschaftlichen Anlagenbetriebs des geothermischen Gesamtsystems auf. Durch die Verwendung von hochlegierten Werkstoffen in Kombination mit Inhibitoren kann ein langfristiger Betrieb gewährleistet werden. Druckverluste und Ablagerungen im primären Kreislauf können durch eine Beschichtung der Förderbohrung reduziert werden. Durch die kontinuierliche messtechnische Überwachung des primären Kreislaufs, können frühzeitig Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, um einen kontinuierlichen Produktionsbetrieb zu gewährleisten.
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