DESCRAMBLE

 

Numerische Simulation eines superkritischen Wasser-/Dampfreservoirs

Topographische Karte des Gebietes in der Toskana Urheberrecht: GGE Jan Niederau Topographische Karte des Gebietes in der Toskana. Schwarze Dreiecke zeigen geothermische Bohrungen mit Daten, blaue Linien das Profil des betrachteten zweidimensionalen numerischen Modells

DESCRAMBLE (Drilling in dEep, Super-CRitical AMBients of continentaL Europe; http://www.descramble-h2020.eu/) ist ein von der Europäischen Union im Rahmen des Horizon 2020-Aufrufs “Low Carbon Energy“ gefördertes Forschungsprojekt zur Entwicklung neuer Technologien für die erneuerbare Elektrizitäts-, sowie Wärme/Kältegewinnung. Neue Bohrtechniken und Konzepte für geothermische Energie werden im Rahmen des Projekts finanziert. Diese Konzepte erhöhen die Anzahl geothermischer Ressourcen deren Nutzung ökonomisch sinnvoll ist. Dies beinhaltet, zum Beispiel, Festgesteinsreservoire, sowie Reservoire unter hohen Temperatur- und Druckbedingungen. Zusätzlich werden die neuen Bohrtechniken einen kleineren ökologischen Fußabdruck als bereits existierende Techniken besitzen.

Unser Institut (http://www.gge.eonerc.rwth-aachen.de) wird das Bohrprogramm mit verlässlichen Vorhersagen für die physikalischen Eigenschaften, wie Temperatur, oder die natürlichen Strömungsbedingungen sowie für die Gesteinseigenschaften des Reservoirs auf regionaler, sowie lokaler Ebene, begleiten. Ein tiefgreifendes Verständnis dieser Eigenschaft wird zur kommerziellen Ausbeutung solcher Hoch-Temperatur und Hoch-Druck geothermischer Reservoire benötigt. Die physikalischen Bedingungen werden wir durch numerische Modellierung identifizieren und charakterisieren. Die Simulationen werden uns die Vorhersage der Fluiddynamik während des Bohrens erlauben. Während der numerischen Modellierung lösen wir ein gekoppeltes System nichtlinearer partieller Differentialgleichungen für die Massen- und Energiebilanzen. Mit Hilfe der Lösung können wir dann die aus dem Reservoir zu extrahierende Wärmemenge quantifizieren. Zusätzlich wird unsere Vorhersage in der Lage sein, kritische Situationen während des Bohrens in superkritischen Reservoiren vorherzusagen.

  Dampfkappe oberhalb des K-Horizonts Urheberrecht: GGE Henrik Büsing Dampfkappe oberhalb des K-Horizonts. Gezeigt wird die Gassättigung der Zellen des K-Horizonts

Ein regionales Modell wird zur Vorhersage der natürlichen Fluidzirkulation im Gebiet herangezogen. Im späteren Verlauf wird dieses Modell die Randbedingungen für das lokale Modell liefern. Die zwei Phasen Wasser und Wasserdampf stellen die größte Herausforderung der numerischen Simulationen dar. Unser institutseigener Forschungscode SHEMAT-Suite ist hochgradig parallelisiert und dafür entwickelt eine große Anzahl an Modellen und die stochastische Variation von Gesteinseigenschaften handzuhaben. Wir stellen ein kontinuierlich aktualisiertes thermo-hydraulisches Model des superkritischen Reservoirs zur Verfügung. Dieses Modell wird die Gesteinseigenschaften im Untergrund, sowie die Geometrie des Reservoirs, als auch die damit verknüpften Unsicherheiten berücksichtigen.

  Umschlagen des Reservoirs von flüssig nach dampfförmi Urheberrecht: GGE Henrik Büsing Umschlagen des Reservoirs von flüssig nach dampfförmig. Gezeigt werden die Zellen mit einer Gassättigung von mindestens 0.46

Das Forschungsprojekt wird von 01.05.2015 bis 30.04.2018 durch die Europäische Union im Horizon 2020-Programm unter der Fördernummer 640573 gefördert.

Ebigbo, A., Niederau, J., Marquart, G., Dini, I., Thorwart, M., Rabbel, W., Pechnig, R., Bertani, R., and Clauser, C.: Influence of depth, temperature, and structure of a crustal heat source on the geothermal reservoirs of Tuscany: numerical modelling and sensitivity study. Geothermal Energy, 4(1), 1, (2016).