Projekt Regenerative Energieversorgung (SoSe 2025)
Refine
Year of publication
- 2025 (4)
Document Type
- Report (4)
Language
- German (4)
Has Fulltext
- yes (4)
Keywords
- Druckverlustmodellierung: Rohrreibung & Formverluste (1)
- Energiewende (1)
- Energiewende; Fernwärme; Tiefengeothermie; Nachhaltige Wärmeversorgung; Wärmeversorgung; Wärmeübertragung im Untergrund; Stationär; Nürnberg (1)
- Excel basierte Strömungssimulation (1)
- Fernwärme (1)
- Geothermie (1)
- Geschlossener Geothermie-Kreislauf (1)
- Nachhaltige Wärmeversorgung (1)
- Wärmeversorgung (1)
- Wärmeübertragung im Untergrund (1)
Institute
Is part of the Bibliography
- yes (4)
4
Die Nutzung geothermischer Energie stellt eine langfristig tragfähige und nachhaltige Form der Wärmegewinnung dar. Das zugrunde liegende Prinzip besteht darin, Wärme aus tiefen geologischen Schichten durch zirkulierende Flüssigkeiten zu extrahieren. Besonders für Ballungsräume wie Nürnberg bietet die Geothermie großes Potenzial für eine klimaneutrale Versorgung.
Im Rahmen dieser Arbeit wird das Konzept eines Geothermie-Projekts für Nürnberg untersucht – unter Berücksichtigung eines bereits realisierten Systems in Geretsried, dem sogenannten Eavor-Loop. Dieses innovative Bohrsystem ermöglicht eine geschlossene Zirkulation von Wasser in tiefen Bodenschichten, wo es durch Erdwärme erhitzt wird. Die dort eingesetzten vier vertikalen Bohrungen reichen etwa 4000 Meter in die Tiefe und biegen anschließend horizontal ab, um weitere 3000 Meter als Lateralbohrungen zu verlaufen. Am Ende der Strecke werden die Bohrpfade zu einem geschlossenen Kreislauf zusammengeführt. Im Gegensatz zum Projekt in Geretsried weist das geplante System in Nürnberg jedoch Unterschiede auf, insbesondere bei der Steigung der Lateralbohrungen (20° statt 90°) sowie in der geologischen Beschaffenheit des Untergrunds. Ziel dieser Arbeit ist es, die technischen Anforderungen der Bohrung, die spezifischen Bodenschichten in Nürnberg sowie die geometrische Konzeption des Systems zu analysieren und auf Basis bestehender Erfahrungen sinnvolle Anpassungen für den Standort Nürnberg vorzuschlagen.
3
Die Arbeit analysiert die technische Machbarkeit eines tiefengeothermischen
Fernwärmesystems für die Stadt Nürnberg auf Basis der Eavor-Loop-Technologie. Dazu wurde ein stationäres Wärmeübertragungsmodell entwickelt, das vertikale Hauptbohrungen sowie geneigte Lateralbohrungen mit einer Gesamtlänge von bis zu 8.000 m berücksichtigt. Die Simulation integriert standortspezifische geologische Formationen und deren thermische Eigenschaften. Bei optimierten Betriebsparametern erreicht das System die für urbane Wärmeversorgung erforderliche Nennleistung von 15 MW. Die geschätzte Lebensdauer hängt deutlich vom thermischen Einflussradius ab;
eine Verdopplung des Einflussradius von 100 m auf 200 m führt zu einer mehr als vierfachen Steigerung der Lebensdauer von etwa 66 auf über 300 Jahre bei geforderter Nennleistung. Die Modellvalidierung mittels mehrfacher Berechnungsverfahren bestätigt mit geringen Abweichungen die Zuverlässigkeit der Simulationsergebnisse und unterstreicht das erhebliche Potenzial tiefengeothermischer Systeme für eine defossilisierte, urbane Wärmeversorgung.
2
Druck- und Strömungssimulation eines geschlossenen Loop-Tiefengeothermiesystems im Großraum Nürnberg
(2025)
Dieser Bericht analysiert die Strömungs- und Druckverhältnisse in einem geschlossenen, geothermischen Eavor-Loop™-System, das als innovative Lösung für die nachhaltige Wärmeversorgung konzipiert ist. Ziel der Untersuchung ist es, das Potenzial dieses Systems zur Einspeisung von 15 MW thermischer Leistung in ein Fernwärmenetz zu evaluieren. Im Mittelpunkt stehen die detaillierte Modellierung der Druckverluste, die temperaturabhängige Dichteberechnung sowie die Analyse der natürlichen Zirkulation des Wärmeträgermediums ohne zusätzliche Förderpumpen. Die Studie verwendet bewährte ingenieurwissenschaftliche Methoden wie die PPDS-Gleichung zur Dichtebestimmung und die Swamee-Jain-Näherung für die Rohrreibungszahl. Die Ergebnisse zeigen, dass das System unter den getroffenen Annahmen eine ausreichende Druckdifferenz für den selbsttätigen Betrieb erzeugt und somit eine energieeffiziente und wartungsarme Nutzung geothermischer Energie ermöglicht. Die Validität der Modellierung wird durch den Vergleich mit Literaturwerten bestätigt. Auf Grundlage der durchgeführten Simulationen erscheint ein Betrieb des Systems ohne zusätzliche Antriebspumpe realisierbar. Der Thermosyphon-Effekt ist so stark ausgeprägt, dass eine gezielte Drosselung des Systems
erforderlich ist, um den gewünschten Durchfluss zu gewährleisten.
1
Ausgehend vom geschlossenen Tiefengeothermie-Schema auf dem Deckblatt untersucht diese Arbeit die stationäre Wärmeleistung eines 8 km langen Doppelbohr-Loops unter Nürnberger Randbedingungen. Ein numerisches 1-D-Modell koppelt den radialen Wärmestrom des Untergrunds mit der Rohrströmung und berechnet Temperaturprofile für Speicherradien von 35 m und 70 m. Bei einem thermosiphontauglichen Massenstrom von 36 kg/s liefert der Loop rund 16 MW Nutzwärme; bis etwa 60 kg/s wächst die Leistung nahezu proportional, danach flacht die Kennlinie deutlich ab. Die Vergrößerung des Betrachtungsradius erhöht das verfügbare Felsvolumen um das Vierfache, senkt aber die Momentanleistung nur marginal. Damit kann das System wahlweise auf maximale Laufzeit oder minimierten Ausbauaufwand optimiert werden und erfüllt in beiden Fällen die Fernwärme-Vorgabe von 15 MW.