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10:50-11:10 Uhr - Forum 9

Geothermieanlage Pfullendorf - Pilotprojekt einer Druckhaltung bis in die Injektionsbohrung

Hannes Junker, Frank Kabus

Geothermie Neubrandenburg GmbH, Deutschland

In diesem Kongressbeitrag wird die geothermale Pilotanlage am Standort Pfullendorf, der sich in Baden-Württemberg im südlichen Molassebecken und ca. 40 km vom Bodensee entfernt befindet, vorgestellt. Das dortige Nahwärmenetz hat einen Wärmebedarf für Heizung und Warmwasserbereitung von 8.700 MWh/Jahr. Mit der im ausschließlich direkten Wärmetausch arbeitenden Geothermieanlage wird das Nahwärmenetz bei abgesenkten Netztemperaturen von 65 °C/45 °C bis zu 93 % seines Energiebedarfes aus dem Erdboden entnehmen. Der dazu aufgeschlossene Muschelkalk befindet sich ca. 1.450 m u. GOK. Bei einer Fördertemperatur von ca. 76°C - 78°C wird ein Volumenstrom von 75m³/h realisiert.

Die bisher deutschlandweit einmalig hohen Gasgehalte von 6.000 Nml Kohlenstoffdioxid in einem Liter Wasser erforderten die Entwicklung eines neuartigen Druckhaltungssystems. Besonders markant und technisch herausfordend sind in diesem Zusammenhang der tiefe Wasserspiegel von 420 m u. GOK am Standort und die hervorragende Produktivität und Injektivität des Aquifers.

Das Ausgasen von Kohlenstoffdioxid aus dem Thermalwasser und das damit verbundene Auftreten von Scaling führt in zahlreichen geothermischen Anlagen zu hohen Wartungskosten und Stillstandszeiten. Gemäß dem Stand der Technik werden die übertägigen Anlagenteile meist unter Überdruck gehalten, um so das Ausgasen von Kohlenstoffdioxid zu verhindern. In Pfullendorf kann ein Anlagendruck von bis zu 30 bar realisiert werden.

Bei gut aufnehmenden Injektionsbohrungen endet die Druckhaltung in der Regel an deren Bohrungskopf, da der notwendige Überdruck dort mit Hilfe eines Vordruck-Regelventils aufgebaut wird. In den Injektionsbohrungen kommt es so zu Ausgasungen und Scaling, die zu großen Beeinträchtigungen der technischen Injektivität führen können.

Die innovative Druckhaltung in Pfullendorf bedient sich zur Lösung des Problems dreier parallel eingebauter Injektionsrohre, die infolge der Rohrreibung den notwendigen Gegendruck aufbauen. Die Innendurchmesser der Injektionsrohre sind so ausgelegt, dass über die Injektionsrohrlänge ein Druckverlust von ca. 62 bar aufgebaut wird. Je nach Wärmebedarf des Nahwärmenetzes werden entweder alle drei Injektionsrohre bei Volllast angefahren oder einzelne Injektionsrohre außer Betrieb gesetzt, um so auch Teillastfahrweisen zu ermöglichen. Durch Kombination der einzelnen Injektionsrohre kann die Geothermieanlage in Pfullendorf in fünf unterschiedlichen Betriebsstufen betrieben werden. Jede Betriebsstufe realisiert genau einen definierten Volumenstrom. Die Volumenströme teilen sich dabei gleichmäßig über den technischen Volumenstrombereich der Tiefpumpe auf. Die Art der Druckhaltung kann auf andere Standorte mit hohen technischen Injektivitäten übertragen werden und ist somit für zukünftige und derzeitige Geothermieanlagen besonders relevant.

Mittels einer Simulation und unter Berücksichtigung von realen Lastgangsdaten wurden die fünf Betriebsstufen an das reale Verbrauchsverhalten angepasst und iterativ optimiert. Im Vergleich zu einer stufenlos betriebenen, ganzjährlich durchlaufenden und theoretisch perfekt an den Verbrauch angepassten Geothermieanlage erhöht sich die jährlich geförderte Thermalwassermenge in der Simulation um lediglich ca. 10%.

Neben der Konzeptvorstellung sollen auch die konkrete bautechnische Umsetzung der Druckhaltung sowie die Ab- und Zuschaltvorrichtung der Injektionsstränge vorgestellt werden. Besonders hervorzuheben ist der Einbau der drei parallelen Injektionsrohre aus verschraubten GFK Rohrleitungen in unterschiedlichen Durchmessern in die Injektionsbohrung. Für den Einbau wurden spezielle Abfangvorrichtungen und Trichter konstruiert, damit alle Injektionsrohre gleichzeitig in die Injektionsbohrung abgelassen werden konnten.

Mit dem Beginn des Probebetriebs im Januar 2020 wurde die Funktionalität der Druckhaltung bestätigt und alle rechnerisch ermittelten Volumenströme nachgewiesen. Im Rahmen des Vortrages sollen die Ergebnisse dieses Probetriebes präsentiert werden und als Diskussionsgrundlage dienen. Der besondere Fokus liegt hierbei auf der langfristigen Entwicklung der Druck und Volumenströme innerhalb der Anlage sowie den geochemischen Parametern im Thermalwasser. Daraus ableitend wird zusammengefasst, unter welchen wirtschaftlichen und technischen Randbedingungen sich ein derartiges Druckhaltungskonzept auf andere Anlagen anwenden lässt und welche Vor- und Nachteile dieses Druckhaltungskonzept bietet.

Präsentation (PDF)

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