Was ist Geothermie?

Geothermie ist eine erneuerbare Energiequelle. Bestehendes heißes Wasser wird aus den Erdschichten gewonnen. Die Tiefe kann zwischen 500 m (1,600 ft) und 4000 m (13,000 ft) betragen. Das heiße Wasser wurde meilenweit unter der Erde erzeugt und strömt durch Strömungen in die äußere Hülle der Erde.

Der Vorteil dieser Form der erneuerbaren Energie ist, dass sie nicht von Wetterbedingungen, Tag, Nacht und Jahreszeit abhängig ist. Die geothermische Wärme wird unter anderem im Gewächshausgartenbau, in der Leichtindustrie und im nicht ländlichen Umfeld eingesetzt. Die Wassertemperatur variiert, in kleineren Tiefen von bis zu 1.000 Metern liegt die Temperatur zwischen 30 und 40 ° C (90-105 ° F). Oft wird eine Wärmepumpe benötigt, um die Temperatur zu erhöhen. Ab 2.000 Metern hat die gewonnene Erdwärme eine höhere Temperatur zwischen 70 und 100 ° C (160-210 ° F).

In den schwereren Industrien sind höhere Temperaturen erforderlich. Dies wird als Ultra Deep Geothermal Energy (UDG) bezeichnet. Sie wird in einer Tiefe von mehr als 4.000 Metern bei einer Temperatur von über 130 ° C (270 ° F) gefördert.

Produktion von Geothermie

Um die Erdwärme aus dem Boden zu gewinnen, werden Erdschichten mit Wasser (Grundwasserleiter) gebohrt, dies wird als offenes System bezeichnet. Dieses Wasser ist oft Salz und enthält Verunreinigungen, dieses Wasser wird gefiltert, bevor es in Richtung Wärmetauscher gelangt. Dieses Wasser befindet sich in einem geschlossenen System und kommt nicht mit dem Wasser in Kontakt, das dem Endverbraucher zugeführt wird. Trotzdem ist die Filtration ein wichtiger Teil, da die Wärmetauscher und andere Geräte nicht beschädigt werden sollen. Außerdem muss das gekühlte Wasser in die Erde (Formation) zurückgepumpt (eingespritzt) werden und muss daher den Formationseigenschaften entsprechen.

Die geothermische Anlage besteht aus mindestens zwei bohrungen ,einer Förderbohrung, dem Brunnen, aus dem das heiße Wasser abgepumpt wird, und einer Injektionsbohrung, dem Brunnen, in den das gekühlte Wasser eingespritzt wird. Diese Bohrlöcher sind etwa 1 bis 2 Kilometer voneinander entfernt, um zu verhindern, dass das erneut eingespritzte gekühlte Wasser direkt in den Förderbrunnen gelangt.

Geothermie ist eine stabile Wärmequelle und es kann eine konstante Menge an heißem Wasser entnommen werden. Die Lebensdauer eines Brunnens beträgt ungefähr 30 Jahre. Nach dem Gebrauch benötigt ein Brunnen einige Jahrzehnte, um wieder auf Temperatur zu kommen.

Die Lebensdauer und Kapazität eines Brunnens hängt von verschiedenen Faktoren ab:

  • Die Tiefe des Brunnens: Je tiefer der Brunnen, desto wärmer das Wasser. Die Temperatur steigt um ungefähr 25 bis 30 ° C pro Kilometer (72 bis 87 ° F / mi).
  • Die Dicke der Erdschicht: Je dicker die Erdschicht ist, desto mehr Wasser ist verfügbar. Die Mindestdicke eines Grundwasserleiters beträgt 20 bis 50 Meter.
  • Die Porosität und Permeabilität der Formation: Diese bestimmen auch, wie viel Wasser produziert werden kann, und die Möglichkeit, die Poren in der Formation zu verstopfen.
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Risiken der geothermischen Wärmeauskopplung

Die Erzeugung von Geothermie ist nicht ganz ungefährlich. Wenn die Risiken jedoch im Voraus bekannt sind, können entsprechende Sicherheitsmaßnahmen ergriffen werden. Die Risiken bei der Erzeugung von Erdwärme sind:

  • Zittern: Bohren im Untergrund kann Zittern und Erdbeben verursachen. Durch die Berücksichtigung vorhandener natürlicher Frakturen beim Bohren kann die Wahrscheinlichkeit eines Erdbebens stark reduziert werden. Nach dem Bohren muss erneut geprüft werden, ob dies aufgrund des Drucks im Untergrund oder in der Produktion gerechtfertigt ist.
  • Austritt von Gasen: Es besteht immer eine geringe Chance, dass unter Druck stehendes Gas während des Bohrens gefunden wird. Die Verwendung von Ventilen in der Anlage hält allen hohen Drücken stand. Das gepumpte Wasser kann auch Gas enthalten, das in einem Gasabscheider gesammelt und zurückgeführt wird.
  • Natürliche Strahlung aus Produktionswasser: Im Untergrund befinden sich von Natur aus wenig radioaktive Partikel (NORM). Diese Partikel können sich in den Filtern und im Filtersystem ansammeln. Ist dies der Fall, wird der Filterabfall separat abgeführt. Die Partikel können niemals in die Heizungsrohre von Wohnungen oder Geschäften gelangen, da dies ein separates Wassersystem ist.
  • Verunreinigungen: Der Stahlmantel in den Bohrlöchern ist so ausgelegt, dass Wasser niemals von einer Schicht zur anderen wandern kann. Wenn das Gehäuse zu lecken beginnt, kann dies zu einer Verunreinigung des Grundwassers führen. Es ist daher wichtig, dass eine robuste Konstruktion und regelmäßige (vorbeugende) Wartung durchgeführt wird.
  • Bodensenkung: Bei der Erzeugung von Geothermie wird prinzipiell nicht viel aus dem Boden gefördert, das Wasser wird erzeugt, die Wärme wird abgeführt und das Wasser wird wieder eingespritzt. Der durchschnittliche Druck bleibt nahezu gleich und es gibt daher kaum bis keine Senkung.

Die richtige Filterauswahl

Es ist wichtig, das erzeugte heiße Wasser richtig zu filtern, was die Produktivität erheblich verbessert. Die Filtration von geothermischem Wasser ist notwendig, um das Risiko einer Produktionsblockade zu minimieren. Ein Ausfall in der Produktion wird normalerweise durch Ablagerungen verursacht, die in beweglichen Teilen (in Entwässerung, Pumpenteilen) oder durch Verstopfen in den Rohren der Wärmetauscher gelangen.

Die wichtigsten Auswahlkriterien für die Auswahl des richtigen Filters sind:

  • Die Flussrate des zu behandelnden heißen Wassers

  • Wassertemperatur

  • Druck

  • Partikelgröße

  • Gesamtmenge an suspendierten Feststoffen (und Korngrößenverteilung

  • Physikalische / chemische Zusammensetzung des Wassers

  • Eigenschaften der Injektionsbohrung (Porosität, Permeabilität). Um ein Verstopfen der Injektionsschale zu verhindern, muss man den Öffnungsdurchmesser der Poren (Darcy) kennen.

Bedingungen:

  • Die absolute Filtrationsrate gibt die maximale Größe der Partikel an, die den Filter passieren können.
  • Die nominale Filtrationsrate gibt den Prozentsatz der Partikel an, die wahrscheinlich durch den Filter gelangen.
  • Der Nennwirkungsgrad ist der Prozentsatz des Materials, das vom Filter blockiert wird.
  • Das Beta-Verhältnis ist das Verhältnis zwischen der Gesamtzahl der ankommenden Partikel und der Anzahl der ausgehenden Partikel.

Die mit der geothermischen Flüssigkeit erzeugten Verunreinigungen und Feststoffe / Partikel stammen aus unterschiedlichen Quellen:

  • Das Reservoir: Gesteinspartikel können mit dem Wasserstrom (Erosion) mitkommen. Wenn es sich bei dem Aquifer um eine Sandsteinformation handelt, müssen ein Sandfilter und ein Filter installiert werden.
  • Der Brunnen: Aufgrund von Korrosion, Sedimentation und Entgasung kann der Brunnen Formationspartikel / Feststoffe bilden.
  • Bohrlochausrüstung und Installation: Während der Bohr-, Abschluss- und Wartungsarbeiten können Ablagerungen zurückbleiben (z. B. Verschleiß der Ausrüstung, Beschichtung, Zementreste und / oder Brückenstecker usw.).

Der Verschmutzungsgrad

Die Verunreinigungen können in verschiedene Teilchengrößen unterteilt werden:

  • Feine Feststoffe / Partikel: Die Flüssigkeit wird häufig einer Partikelgrößenanalyse unterzogen. Wenn die Feststoffe kleiner als 12 μm zu sein scheinen, ist keine Filtration erforderlich.
  • Grobe Feststoffe / Partikel: Die groben Partikel sind oft ein kleines Stück Stein und / oder andere Ablagerungen, die mit der geothermischen Flüssigkeit erzeugt werden.
  • Ablagerungen: Abfälle sind häufig Ausrüstungsgegenstände, die während des Bohrens, der Fertigstellung und der Überarbeitungsarbeiten verloren gegangen oder im Bohrloch zurückgelassen wurden.

Filtrationssysteme für Geothermie

Ein Filtersystem kann niemals zu groß ausgelegt werden. Je größer ein Filtersystem ist, desto geringer ist der Fluss über dem Filter, was die Lebensdauer und Effizienz der Filtration erhöht. Ein übergroßes Filtersystem führt jedoch zu hohen Investitionskosten.

Wenn Sie eine zu grobe Filtration wählen, besteht ein Risiko, dass die Lebensdauer der anderen Geräte wie des Wärmetauschers kürzer wird. Daher ist es wichtig, die richtige Wahl für einen Filter zu treffen. Dutch Filtration hat das Wissen, die Erfahrung und die Erfahrung, um mit Ihnen die richtige Wahl zu treffen.

Die meisten Filtrationssysteme in einem geothermischen System bestehen aus zwei oder drei Schritten.

Vorfiltration zur Entfernung gröberer Partikel.

Dies kann mit einem Hydrozyklon, einem automatischen selbstreinigenden Filter oder Filterbeutel erfolgen.

  • Ein Hydrozyklon trennt die schwereren Partikel kontinuierlich mittels Fliehkraft. Sauberes Wasser fließt zum nächsten Filtrationsschritt. Die Schmutzpartikel werden in der Spülkammer aufgefangen, diese Kammer wird automatisch entleert.
  • Ein Beutelfilter entfernt leicht Schmutzpartikel von 20 µm und ist gröber. Die relativ preiswerten Filtertaschen können einfach und schnell ausgetauscht werden. Die Beutelfilter werden auch als zweite Stufe verwendet, nach dem Hydrozyklon und vor dem Patronenfilter, um den Verbrauch relativ teurer plissierten filter zu reduzieren.

  • Ein selbstreinigender Filter hat einen Filterkorb mit Filtergitter, in dem der feine Schmutz eingeschlossen ist. Das System verfügt über einen Differenzdruckschalter, der die Reinigung einleitet. Die Schmutzpartikel werden mittels eines Saug-Scanners automatisch ohne Unterbrechung des Filtrationsflusses entfernt.

Die Feinfiltration

Die Feinfiltration wird normalerweise durch einen Kerzenfilter durchgeführt. Diese kann Abhängig von Durchlässigkeit der Formation 1 – 10 µm betragen. Das Wasser wird mit gefalteten Filterpatronen mit einem absoluten Nennwert von 2,5 Zoll und 6 Zoll Durchmesser und Längen von 40 oder 60 Zoll gefiltert. Die speziellen Filter für Warmwasser werden in horizontalen oder vertikalen Filtergehäusen untergebracht. Der Verschluss kann der traditionelle Klappschrauben mit Augenmuttern oder der neue Schnellöffnungsverschluss sein.

 

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Die allgemeine Empfehlung ist ein Duplex Kerzen-Filtersystem, damit der geothermische Flüssigkeitsstrom nicht unterbrochen wird, wenn ein Filter gereinigt oder ausgetauscht wird. Die Filtergefäße / -hülsen können sowohl in Reihe als auch parallel angeordnet werden, so dass auch beide Filterkerzengefäße gefiltert werden können. Es ist auch möglich, zuerst Grobfilterpatronen im ersten Gefäß zu verwenden und dann das Fluid durch feinere Filterkerzen im zweiten Gefäß laufen zu lassen.

Die Systeme bestehen üblicherweise aus Edelstahl 316, der aufgrund von Sauerstoffmangel im erzeugten Formationswasser korrosionsbeständig ist.

Filtration von Brunnenwasser

Geothermisches Abwasser entsteht auch beim Bohren und Entwickeln eines geothermischen Brunnens. Brunnenprüfwasser wird während der Aufräumproduktion der Brunnen- und Brunnenprüfvorgänge freigesetzt. Dieses Wasser ist oft salzig und enthält normalerweise Substanzen, so dass dieses Wasser nicht überall abgeführt werden kann. Um die örtlichen Umweltvorschriften zu erfüllen, müssen die meisten produzierten Abwässer zuerst gefiltert werden, bevor sie abgelassen werden können. Manchmal wird das Wasser vorübergehend gespeichert, weil die Menschen nicht sicher sind, ob das Wasser den gesetzlichen Anforderungen entspricht. Dies führt oft zu zusätzlichen Verzögerungen und Unsicherheiten. Es kann vorkommen, dass ein Projekt stagniert, weil mit der örtlichen Umweltschutzbehörde keine Einigung erzielt werden konnte, ob das Wasser abgelassen werden darf oder nicht. Dies kann für Geothermieprojekte viel Unsicherheit schaffen. Es ist daher wichtig, dass Lösungen und Maßnahmen zur Minimierung der Umweltauswirkungen erarbeitet werden und dass alle lokalen, kommunalen, nationalen Umwelt- und Bergbaubestimmungen ausreichend beachtet und eingehalten werden.

Ergebnis

Die Filtration spielt eine wichtige Rolle im gesamten geothermischen Bohrlochprozess, vom Bohren über die Fertigstellung bis zur Produktion des Bohrlochs. Eine geothermische Quelle kann viele verschiedene Arten von Partikeln enthalten. Diese Partikel unterscheiden sich in Größe und Zusammensetzung. Es ist wichtig, dass dieser erzeugte geothermische Flüssigkeitsstrom gefiltert wird, bevor er die Wärmetauscher erreicht, um ein Verstopfen der Wärmetauscher und des Tanks sowie eine Verschmutzung der Wiedereinspritzbohrung zu verhindern. Die Wahl eines Filters hängt stark von der Zusammensetzung der Quelle ab, besonders bei sandigen geothermischen Reservoiren kommen viele Partikel mit. Die Risiken, die mit Bohrungen für Geothermie verbunden sind, sind mit denen im Öl- und Gassektor vergleichbar. Mit jahrelanger Erfahrung in der Öl- und Gasindustrie und der Kenntnis des aktuellen Geothermie-Sektors kann Dutch Filtration Ihnen helfen, die richtige Wahl für eine Filterinstallation zu treffen. Wir können auch raten, ein aktuelles System zu optimieren. Senkung der Betriebskosten (z. B. Filterelemente) oder Verbesserung der Filtrationseffizienz, indem beispielsweise ein Hydrozyklon installiert wird.

Für weitere Informationen zur Filtration in der Geothermie-Industrie wenden Sie sich bitte an uns.

 

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