CH677698A5 - - Google Patents
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Description
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CH 677 698 A5
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Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine geother-mische Anlage zur Ausnützung thermischer Energie aus dem Erdinnern sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Die Nutzbarmachung von Erdwärme ist bekannt, so in geothermischen Dampfkraftwerken und Wärmepumpen.
Wird ein Wärmetransportmedium von aussen ins Erdinnere und zurück geleitet, dessen Temperatur geringer ist als diejenige des Erdinnern, so fliesst, nach Massgabe des Temperaturgradienten, Wärme aus dem Erdinnern ins Wärmetransportmedium. Bei zeitinvariablen Temperaturverhäjtnissen ist die dem Wärmetransportmedium zugeführte Wärmemenge pro Zeiteinheit desto grösser, je grösser die Kontaktfläche zwischen Wärmetransportmedium und temperaturhöherem Erdinnern ist. Bei Wärmepumpen ist es deshalb bekannt, in relativ geringen Tiefen grossfiächige Wärmetauscherflächen vorzusehen, so dass bei relativ geringem Temperaturgradienten trotzdem ein genügender Wirkungsgrad erzielbar wird. Bei geothermischen Kraftwerken wird das Wärmetransportmedium in wesentlich höhere Erdtiefen geführt, um es auf möglichst hohe Temperaturen zu bringen. Dort ergibt sich auch ein Temperaturgradient, der wesentlich grösser ist als im Oberflächenbereich, hingegen besteht dort das Problem, dass aus fertigungstechnischen Gründen die Austauschfläche zwischen Wärmetransportmedium und Erdinnerem relativ gering bleibt. Dies wiederum schränkt den bei solchen Kraftwerken erzielbaren Wirkungsgrad ein.
Die vorliegende Erfindung setzt sich zum Ziel, eine geothermische Anlage eingangs genannter Art zu schaffen, welche eine wesentliche Erhöhung des Wirkungsgrades im Vergleich zu den genannten Techniken zulässt.
Diese geothermische Anlage zeichnet sich durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aus.
Dabei wird die Bohrung vorzugsweise tiefer als 1500 m, im Normalfall mindestens 5000 m, in den Untergrund gelegt.
Dadurch, dass der Basisbereich der Bohrung Verbindungskanäle, z.B. zum Fels, aufweist, wie grössere und kleinere Spalten, Risse etc., und darnach diese Verbindungskanäle mit der wärmeleitenden Substanz mindestens weitgehend gefüllt werden, ergibt sich im genannten Basisbereich eine signifikante Erhöhung der Austauschfläche, verglichen mit der zylindrischen Oberfläche der Bohrung, verbunden mit einer erhöhten Wärmeabfuhr im umgebenden Fels, bedingt durch die bessere Wärmeleitfähigkeit dieser erhärteten Substanz, welche den Wärmenachfluss nach dem Bohrlochbereich verstärkt. Es ergibt sich praktisch ein Zapfen rissigen Gesteins, worin die rissefüllende wärmeleitende Substanz konzentriert Wärme aufnimmt. Zur Erstellung der Bohrung, die vorzugsweise wesentlich tiefer als 1500 m, so beispielsweise mindestens 5000 m bis gegen 10 000 m tief ist, werden Techniken herbeigezogen und weiter entwickelt, wie sie für die Herstellung tiefer Erdölbohrungen bekannt sind.
Im weiteren wird vorgeschlagen, die vorhandenen Verbindungskanäle im Basisbereich der Bohrung, der 1500 m bis 2000 m hoch sein kann, durch Sprengung zu vermehren.
Zur Realisation langer, mit den genannten Verbindungskanälen versehener Basisbereiche wird weiter vorgeschlagen, dort abwechselnd das Umgebungsmaterial aufzulockern, allenfalls auszuspülen und die Bohrung wieder aufeubohren, bevorzugterweise in Etappen von unten beginnend.
Bevorzugterweise wird weiter als wärmeleitende Substanz eine Flüssigkeit, vorzugsweise mit Wasser und Zement als Basis und ein oder mehrere der folgenden Stoffe unter Druck eingepresst: ein sili-kathaltiges Gel, feines Metallpulver, vorzugsweise Silber- und/oder Kupfer- und/oder Aluminiumpul-ver, und lässt dieses Injektionsgut sich verfestigen.
Im weiteren wird nun vorgeschlagen, als Wärme-transportmedium-ZuIeitung ein vorzugsweise unten geschlossenes Mantelrohr in die Bohrung einzuführen und mindestens mit der wärmeleitenden Substanz thermisch eng zu verbinden.
Insbesondere, soweit der Basisbereich auf einen weiteren Durchmesser kavernenartig aufgesprengt und gelockert werden kann, wird vorgeschlagen, das Rohr mit der durch wärmeleitende Substanz verfüllten Verbindungskanälen erhöht wärmespendende Felshülle mittels, einer Kontaktmasse, vorzugsweise Zement, gut leitende Metallzugaben, und/oder ein Silikat enthaltend, zu hinterpressen.
Als Wärmetransportmediums-Rückführung wird vorzugsweise ein Rohr in das Zuleitungsrohr eingeführt, welches nun, im Unterschied zum Zuleitungs-rohr, basisseitig offen ist. Das Wärmetransportmedium wird zwischen Zuführrohr- und Rückführrohr-wandung nach unten gepresst, nimmt, aufgrund des Temperaturunterschieds zwischen Medium und Erdinnern, im Basisbereich der Bohrung mit grosser Austauschfläche Wärme auf, um dann im wesentlichen koaxial im Rückführungsrohr wieder hochzusteigen.
Um, während das heisse Transportmedium im Rückführungsrohr nach oben steigt, an dessen Aussenwandung das kühlere Wärmetransportmedium, auf tieferer Temperatur, nach unten fliesst, möglichst wenig Wärme zu verlieren, wird mindestens in einem oberen Abschnitt das Rückführungsrohr thermisch isolierend ausgebildet, vorzugsweise mit einem oder mehreren der folgenden Materialien: einem Spezialstahl, Asbestzement, einem Kunstharz.
Als Wärmetransportmedium wird dabei einfacherweise Wasser, allenfalls mit korrosionshemmenden Zusätzen, eingesetzt und die aufgenommene Wärme in Form von Dampf oder Heisswasser an der Oberfläche in einer der bekannten Art und Weisen genutzt.
Ist der Dampf kondensiert, so wird das Wasser in geschlossenem Kreislauf wieder in die Bohrung rückgeführt.
Da im Basisbereich der Bohrung und bei als vorgegeben betrachteter Temperatur des Wärmetransportmediums in diesem Bereich pro Zeiteinheit eine durch Tauscheroberfläche und Temperaturgradient
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festgelegte Wärmemenge fliesst, ist ersichtlich, dass bei höheren Wärmetransportmediums-Förder-mengen pro Zeiteinheit sich daran entsprechend tiefere Temperaturen einstellen. In vielen Fällen ist es aber erwünscht, die Wärmenutzung auf einem möglichst hohen Temperaturniveau des Wärmetransportmediums vornehmen zu können.
Aus diesem Grund wird nun weiter vorgeschlagen, dass man zur Ausnützung der thermischen Energie im Erdinnern, wobei mindestens zwei Bohrungen ins Erdinnere vorgesehen werden, durch welche ein Wärmetransportmedium hin und zurück gefördert wird, dem Wärmetransportmedium je in den beiden Bohrungen intermittierend Nutzungswärme einspeist und wieder entzieht
Damit wird in der einen, vorerst nicht genutzten Bohrung das Wärmetransportmedium in geschlossenem Kreis umgewälzt, seine Temperatur steigt auf das für die Nutzung erwünschte Temperaturniveau an, während zwischenzeitlich die Energie im zweiten Wärmetransportmedium genutzt wird.
Bevorzugterweise wird die letzterwähnte Technik kombiniert mit der vormals erwähnten eingesetzt.
Dabei wird nun bevorzugterweise als Kriterium, wann eine Bohrung genutzt werden kann, der Druck im Wärmetransportmedium ausgenutzt.
Die geothermische Anlage zur Lösung der obge-nannten Aufgabe zeichnet sich dadurch aus, dass sie umfasst:
- mindestens eine Bohrung ins Erdinnere,
- eine zapfenförmige, im Basisbereich der Bohrung vorgesehene Zone mit Verbindungskanälen in den Felsuntergrund,
- eine wärmeleitende Substanz, die die Verbindungskanäle weitgehend füllt,
- eine Zu- und Rückführverbindung für ein Wärmetransportmedium von der Erdoberfläche zum Basisbereich bzw. umgekehrt, die mindestens im Basisbereich der Bohrung mit der Substanz thermisch eng gekoppelt ist.
Dabei ist die Bohrung bevorzugterweise tiefer als 1500 m, insbesondere als 5000 m.
In den Verbindungskanälen ist als wärmeleitende Substanz vorzugsweise ein silikathaltiges Gel und/oder feines Metallpulver oder -späne, vorzugsweise ein Silber- und/oder Kupfer- und/oder Aluminiumpulver vorgesehen.
Die Zu- und Rückführverbindung umfasst weiter bevorzugterweise ein im Basisbereich der Bohrung mit der Substanz thermisch eng gekoppeltes, vorzugsweise unten geschlossenes Rohr und ist vorzugsweise mit der Substanz über eine Kontaktmasse, vorzugsweise Zement und/oder ein Silikat enthaltend, thermisch gekoppelt.
Ein weiteres, in diesem Rohr, beispielsweise koaxial, geführtes und unten offenes Rohr wirkt als Rückführung und ist bevorzugterweise insbesondere in seinem oberen Bereich thermisch isolierend ausgebildet.
Als Wärmetransportmedium wird in allen beschriebenen Techniken bevorzugterweise mindestens zur Hauptsache Wasser, allenfalls mit korro-sionshemmenden Zusätzen, eingesetzt.
Um die aus dem Erdinnern nach oben geförderte Wärme auf einem möglichst hohen Temperaturniveau nutzen zu können, wird weiter vorgeschlagen, dass mindestens zwei Bohrungen vorgesehen sind, welche vorzugsweise miteinander strömungsmässig verbunden sind und vorzugsweise eine Steuereinheit den Nutzungswärmeentzug vom Wärmetransportmedium in beiden Bohrungen, bei nicht verbundenen Bohrungen intermittierend, steuert.
Weiter wird vorgeschlagen, die Rückführungen für die Wärmetransportmedien gesteuert, vorzugsweise druckgesteuert, auf einen gemeinsamen Speicher zu führen.
Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1a bis 1c in drei Schritten, schematisch, die erfindungsgemässe Erstellung einer Bohrung in den Untergrund und von Verbindungskanälen in deren Basisbereich,
Fig. 2 schematisch eine vergrösserte Ansicht des Basisbereiches einer erfindungsgemässen Bohrung mit gut wärmeleitender Substanz in den Verbindungskanälen,
Fig. 3 schematisch das Einführen einer Wärme-transportmediums-Rückführung an der erfindungsgemässen Bohrung,
Fig. 4 schematisch eine nach dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten, erfindungsgemässen Verfahren fertiggestellte, erfindungsgemässe Bohrung,
Fig. 5 schematisch eine geothermische Anlage mit mehreren erfindungsgemässen Bohrungen, bei der die Wärmenutzung aus den einzelnen Bohrungen gesteuert erfolgt.
Gemäss Fig. 1a wird im Felsuntergrund 1 eine tiefe Bohrung 3 erstellt, erheblich tiefer als 1500 m, vorzugsweise zwischen 5000 m und 10 000 m. Dann wird, in einem Basisbereich 5 der Bohrung 3, der umgebende Fels mit Verbindungskanälen 7 in Form von Spalten, Rissen, Kapillarrissen etc. versehen, was vorzugsweise mittels Sprengung im Basisbereich 5 erfolgt. Diese Sprengung kann auf normale Art, durch langsame Zeitsprengung, z.B. durch das Bristarverfahren oder/und gefolgt durch Auswaschen mit Chemikalien, insbesondere einer Säure, vollzogen werden. Durch solche Sprengungen wird der Untergrund im Basisbereich 5 aufgelockert, und es entstehen die erwünschten Risse und Spalten. Dieses Auflockern erfolgt vorzugsweise in den Bohrlöchern von unten beginnend und nach oben fortschreitend bis auf eine Höhe h von beispielsweise 1000 m ab unterem Bohrlochende. Das bei den Sprengungen jeweils einfallende Felsmaterial wird entweder von oben mittels eines Druckmediums, wie Wasser, ausgespült, wie in Fig. 1 b schematisch dargestellt, oder die Bohrung wird in ihrem Basisbereich immer wieder aufgebohrt. Zum Herstellen dieser tiefen Bohrungen wird auf Technologien, wie sie von tiefen Erdölbohrungen bekannt sind, zurückgegriffen, und/oder es werden neuartige Geräte entwickelt. Nachdem der Basisbereich 5, wie in Fig. 1c dargestellt, die erforderliche Höhe h erreicht hat, wird, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, eine gut wärmeleitende Substanz S in den Basisbereich 5 eingepresst. Sie dringt in verbleibende
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Verbindungskanäle 7 ein, füllt sie weitgehend aus, erhärtet und bildet so eine wärmeleitende Verbindung zwischen einem grossen, schwammartigen Austauschbereich AF nach innen gegen die Achse des Basisbereiches 5. Dabei wird vorzugsweise auch die Innenwandung des Bastsbereiches 5, wie in Fig. 2 dargestellt, mit der wärmeleitenden Substanz ausgekleidet, Sie wird mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise mit Wasser als Trägermedium von oben unter Druck in die Verbindungskanäle 7, z.B. in Form von Poren und Rissen, eingepresst und umfasst beispielsweise ein silikathaltiges Gel und Me-tallpulver, wie Silber- und/oder Aluminium- und/oder Kupferpulver. Nach Verdunsten oder Abbinden des dünnflüssigen Trägermediums bleibt in den Verbindungskanälen 7 und im Raum zwischen der Oberfläche des Basisbereiches 5 und der Aussenfläche des Mantelrohrs eine mehr oder weniger feste, wärmeleitende Masse, die sich schwammartig um den Basisbereich 5 ins Felsinnere erstreckt, womit die Austauschfläche AF zwischen Bohrung und Erdreich erhöht und die abgeführte Wärmemenge des angrenzenden Felsbereichs entscheidend vermehrt wird.
Gemäss Fig. 3 wird somit in das gemäss Fig. 2 ausgebildete, bereits teilweise mit der wärmeleitenden Substanz S behandelte Bohrloch ein erstes, unten geschlossenes Rohr 9 als Mantelrohr eingeführt, das insbesondere in seinem unteren Bereich sehr gut wärmeleitend, z.B. metallisch, sein muss. Über eine Verbindungsmasse M wird die Aussen-wandung des Rohres 9 im Basisbereich 5 thermisch eng an die Oberfläche des Basisbereiches 5 gekoppelt. Als Verbindungsmasse M wird dabei beispielsweise Zement und/oder eine silikatenthaltende Masse, durchsetzt mit Metallpulver, Metallfasern usw., eingesetzt, oder es wird das Rohr 9 direkt mit der wärmeleitenden Substanz S umgössen. Diese Masse M wird, wie in Fig. 3 schematisch dargestellt, unter Druck entlang der Aussenwandung des Rohres 9 eingespritzt.
In Fig. 4 ist die fertiggestellte, erfindungsgemässe Bohrung dargestellt. Nachdem gemäss Fig. 3 das Rohr 9 über die wärmeleitende Masse M, die wärmeleitende Substanz S thermisch eng mit der Felsumhüllung verbunden worden ist, wird in das Rohr 9 ein unten offenes Rückführrohr 11 eingeführt. Dieses ist isolierend ausgebildet, insbesondere in seinem oberen Bereich, damit dort ein möglichst geringer Wärmeaustausch zwischen dem im Ringspalt zwischen den Rohren 9,11 nach unten geführten Wärmetransportmedium W, wie Wasser, auf tieferer Temperatur, und dem im Rohr 11 nach oben geführten Medium auf hoher Temperatur stattfindet. Hierzu ist das Rohr 11 beispielsweise aus einem Spezialstahl, aus Asbestzement und/oder einem Kunstharz gefertigt oder damit isoliert. Das Wärmetransportmedium W wird, zur Förderung von Wärme aus dem Erdinnern an die Oberfläche, wie erwähnt, zwischen Innenwandung des Rohres 9 und Aussenwandung des Rückführrohres 11 nach unten gepresst und steigt im Rückführrohr 11 wieder hoch. Dank der grossen Austauschfläche, die durch die schwamm-artig sich ausbreitenden Verbindungskanäle 7 gestützt wird, ergibt sich eine hohe Wärmemenge, die
über die wärmeleitende Substanz S, die wärmeleitende Verbindungsmasse M, die Wandung des Rohres 9 im Basisbereich 5 dem Wärmetransportmedium W zugeführt wird. Die Umwälzung des Wärmetransportmediums und die Nutzung der Wärme an der Erdoberfläche erfolgt in bekannter Art und Weise, letzteres z.B. in Dampfkraftwerken, Fernheizanlagen etc. Als Wärmetransportmedium W wird vorzugsweise Wasser eingesetzt, das im Basisbereich 5 verdampft, nach Entzug der Nutzungswärme kondensiert und in geschlossenem Kreislauf durch die Bohrung gefördert wird.
Die beschriebene, erfindungsgemäss hergestellte Bohrung mit allen zusätzlichen Vorkehrungen bildet eine Art geothermischen «Ofens», dessen Ausbeute dank der vergrösserten Austauschfläche und der geschilderten Massnahmen hoch ist: Es wird möglich, pro Zeiteinheit dem Untergrund eine grössere Wärmemenge zu entziehen, dank der grossen Austauschfläche, die wesentlich grösser ist als die zylindrische Bohrungsmantelfläche, und der erhöhten Wärmezuströmung aus dem Felsuntergrund an die Flüssigkeit, welche Wärme zur Erdoberfläche abführt.
In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsvariante einer erfindungsgemässen geothermischen Anlage dargestellt. Hier sind drei geothermische Nutzungsbohrungen 13a bis 13c vorgesehen, vorzugsweise ausgebildet, wie anhand der Fig. 1 bis 4 beschrieben wurde. Die Bohrungen können strömungsmässig getrennt oder miteinander verbunden sein. Wo zwischen relativ nahe beieinander liegenden Bohrlöchern im Gestein natürliche offene Querverbindungskanäle festgestellt werden, d.h. in Karstformationen, wird eine Zirkulationsströmung mit Einführung von Wärmeübertragungsfiüssigkeit durch ein Bohrloch und Entnahme der aufgeheizten Flüssigkeit, bzw. des Dampfes, durch ein benachbartes Bohrloch eingerichtet werden, was im wesentlichen eine erhebliche Erhöhung des Wärmeentzuges aus dem Untergrund im Vergleich zur normalen, Gegenstand dieses Patentes bildenden Wärmegewinnung aus jedem einzelnen Bohrloch für sich ergeben kann.
Durch geologische Vorstudien werden die Bohrungen in Gebieten angeordnet werden, wo in der für die Wärmenutzung vorgesehenen Tiefe Karstformationen oder/und allgemein relativ wärmeleitfä-hige Gesteine, wie Granit, vermutet werden.
Wärmetransportmedium-Rückführungen 15a bis 15c sind je über Steuerventile 17a bis 17c entweder auf ein Wärmenutzungsaggregat 19a, 19b geführt oder werden, in geschlossenem Kreis, direkt auf Zuleitungen 21a bis 21c für das Wärmetransportmedium in die Bohrungen 13a-c geschaltet. Die Ventile 17a-c werden über eine Steuereinheit 23 angesteuert, so dass die einen der vorgesehenen Bohrungen, ohne über das Nutzungsaggregat 19a, 19b ge-schlauft zu sein, in geschlossenem Kreislauf betrieben werden und so die Temperatur des Mediums asymptotisch auf hohes Niveau entsprechend der Felstemperatur im Basisbereich 5 (Fig. 1b) steigt, während andere Bohrungen 13a-c, deren Trans-portmedien die erforderlichen Nutzungstemperaturen bereits erreicht haben, über die Steuerung
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23a-c und die Ventile 17a-c auf das Nutzungsaggregat 19a, 19b geschaltet werden. Die Steuerung über die Steuereinheit 23a-c kann dabei tem-peratur- und/oder druckabhängig erfolgen. Es wird in den Mediumsleitungen der entsprechenden Bohrungen 13a-c der Druck und/oder die Temperatur erfasst und die Verbindung zu dem Nutzungsaggregat 19a, 19b dann erstellt, wenn der Druck und/oder die Temperatur in den Wärmetransportmediumslei-tungen je auf den erforderten Wert angestiegen ist.
Die zu erwartende Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit des von Tiefbohrungen zu durchörternden Gesteins vermittels Injektion von Metallen in die bei der Bohrung angeschnittenen natürlichen oder durch Sprengung zu erzeugenden Öffnungen im anstehenden Fels lässt sich nach überschläglichen Berechnungen, je nach Art des Untergrundes, etwa wie folgt eingabein:
Die Erhöhung der natürlichen Leitfähigkeit beträgt in Basalt das 2- bis 10-fache, in Granit das 2-bis 6-fache. Die unteren Grenzwerte ergeben sich bei der Verwendung von Aluminium als Injektionsmetall, die oberen für Kupfer oder Silber. Diese Faktoren können in der Nähe der Bohrlochwand erzielt oder überschritten werden und reduzieren sich mit wachsendem Abstand vom Bohrloch je nach den Untergrundsverhältnissen mehr oder weniger rasch.
Die Resultate von Berechnungen hängen stark vom Gehalt an injizierbaren Spalten des die Bohrlöcher umgebenden Gesteins ab. Durch geeignete Wahl der Stärke und Sequenzen der Bohrlochsprengungen wird angestrebt, einen möglichst hohen Gehalt an Öffnungen und deren weitreichenden Umfang in einem zusammenhängenden System zu erzielen. Wo die Art des Gesteins und die Rücksicht auf den Umweltschutz dies zulassen, wird auch eine Auslaugung, d.h. Erweiterung und Glättung der Gesteinsflächen von Spalten durch Ausspülung mit Säuren oder anderen Chemikallösungen ins Auge gefasst.
Vor die Wärmenutzungsaggregate sind Separatoren 22 in die Wärmetransportleitungen zur Trennung von Heisswasser und Dampf einzuschalten, wie sie bei bestehenden geothermischen Anlagen üblich sind, die natürliche Heisswasser-(Thermen) und Dampf-Vorkommen im Untergrund (z.B. Geyser) ausbeuten.
Das Heisswasser wird direkt zur industriellen Nutzung, Gebäudeheizung, zu landwirtschaftlichen Anwendungen usw. weggeieitet oder wieder in die Bohrungen eingeführt.
Der im Separator ausgeschiedene Dampf gelangt in Druckausgleichs- und Vorratsbehälter (Dampfkessel) und dient zur Elektrizitätserzeugung und/ oder Verwendung in industriellen Prozessen,
Mit dem beschriebenen Verfahren zur Ausnützung thermischer Energie im Erdinnern und der darnach aufgebauten geothermischen Anlage wird es möglich, ohne nennenswerte Umweltbelastung mit hohem Wirkungsgrad Erdenergie zu gewinnen. Nach diesem Prinzip aufgebaute Anlagen sind ebenso wenig gefährlich wie bestehende Wasser- oder Wärme-Kraftwerke, jedoch wesentlich umweltfreundlicher als letztere.
Claims (22)
1. Geothermische Anlage zur Ausnützung thermischer Energie aus dem Erdinnern, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst:
—mindestens eine Bohrung (3) ins Erdinnere,
— eine zapfenförmige, im Basisbereich (5) der Bohrung (3) vorgesehene Zone mit Verbindungskanälen (7) in den Felsuntergrund,
- eine wärmeleitende Substanz (S, M), die die Verbindungskanäle (7) weitgehend füllt,
- eine Zu- und Rückführverbindung (9, 11) für ein Wärmetransportmedium (W) von der Erdoberfläche zum Basisbereich (5) bzw. umgekehrt, die mindestens im Basisbereich (5) der Bohrung (3) mit der Substanz (S, M) thermisch eng gekoppelt ist.
2. Geothermische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (3) tiefer als 1500 m, insbesondere als 5000 rn, ist.
3. Geothermische Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitende Substanz (S, M) mindestens eine der folgenden Substanzen umfasst:
-ein silikathaltiges Gel,
— feines Metallpulver oder -späne, vorzugsweise ein Silber- und/oder Kupfer- und/oder Aluminiumpulver.
4. Geothermische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und Rückführverbindung ein im Basisbereich der Bohrung (3) mit der Substanz thermisch eng gekoppeltes, vorzugsweise unten geschlossenes Rohr (9) umfasst und vorzugsweise mit der Substanz (S) über eine Kontaktmasse (M), vorzugsweise Zement und/oder ein Silikat enthaltend, thermisch gekoppelt ist.
5. Geothermische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu-und Rückführverbindung ein im Rohr (9) vorgesehenes weiteres, unten offenes Rohr (11 ) umfasst, das mindestens in oberen Bereichen thermisch isolierend ausgebildet ist und vorzugsweise dort aus einem Spezialstahl, Asbestzement und/oder einem Kunstharz besteht.
6. Geothermische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Bohrungen (13) vorgesehen sind, welche vorzugsweise miteinander strömungsmässig verbunden sind, und vorzugsweise eine Steuereinheit (23) vorgesehen ist, um den Nutzungswärmeentzug vom Wärmetransportmedium in beiden Bohrungen, bei nicht verbundenen Bohrungen, intermittierend zu steuern.
7. Geothermische Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der .Steuereinheit je eine Messeinrichtung für den Druck und die Temperatur in den Wärmetransportmedien in den Bohrungen vorgesehen ist.
8. Geothermische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung für die Rückführungen für die Wärmetransportmedien angeordnet ist, vorzugsweise eine Drucksteuerung, wobei diese Rückführungen auf einen gemeinsamen Speicher geführt sind.
9. Verfahren zur Herstellung einer geothermi-
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sehen Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man
-mindestens eine Bohrung ins Erdinnere vollzieht,
- die im Bastsbereich der Bohrung(en) natürlich vorhandenen Verbindungskanäle benützt oder solche herstellt und sie mit der,Bohrung in Verbindung bringt,
- eine wärmeleitende Substanz in die Verbindungskanäle einpresst,
- mindestens eine Zu- und Rückführung für ein Wärmetransportmedium mit dem die Bohrung umgebenden natürlichen Fels und den mit der wärmeleitenden Substanz gefüllten Verbindungskanälen wärmeübertragend koppelt, durch welche Kanäle man das Wärmetransportmedium im Kreislauf fördert und vor der Rückführung einen Teil seines Wärmeinhaltes entnimmt
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung in den Untergrund tiefer als 1500 m, vorzugsweise mindestens 5000 m, ausgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisbereich der Bohrung durch Sprengung, z.B. mit Explosivstoffen, hydraulischer Hochdruckanwendung oder durch eine Langsamsprengung, zur Bildung der Verbindungskanäle aufgelockert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisbereich der Bohrung in Etappen, von unten beginnend, zur Bildung der Verbindungskanäle aufgelockert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der aufgelockerte Basisbereich mittels eines flüssigen Druckmediums, vorzugsweise mittels Wasser, ausgespült wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis
13, dadurch gekennzeichnet, dass als wärmeleitende Substanz eine Flüssigkeit, vorzugsweise mit Wasser und Zement als Basis, und ein oder mehrere der folgenden Stoffe unter Druck eingepresst werden:
« ein silikathaltiges Gel,
- feines Metallpulver, vorzugsweise Silber- und/ oder Kupfer- und/oder Aluminiumpulver, und dass man dieses Injektionsgut sich verfestigen lässt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis
14, dadurch gekennzeichnet, dass man den Basisbereich der Bohrung abwechselnd durch Auflockerung mit zusätzlichen Verbindungskanälen versieht, injiziert und wieder aufbohrt, wobei vorzugsweise die anfängliche Bohrung, insbesondere in Etappen von unten beginnend, wieder aufgebohrt wird.
16. Verfahren naGh einem der Ansprüche 9 bis
15, dadurch gekennzeichnet, dass man als Wärme-transportmedium-Zuleitung ein unten geschlossenes Mantelrohr in die Bohrung einführt und dieses an den umgebenden Fels und an die wärmeleitende Substanz im aufgelockerten Bereich und in den Verbindungskanälen satt anschliesst und thermisch eng verbindet
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr über eine Kontaktmasse, vorzugsweise Zement und/oder ein Silikat enthaltend und mit Eisen- oder Kupferspänen oder -fasern angereichert, mit dem injizierten Felsuntergrund satt verbunden wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmetrans-portmedium-Rückführung ein Rohr in das Zulei-tungsrohr eingeführt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Roh'r mindestens in einem oberen Abschnitt thermisch isolierend ausgebildet ist, vorzugsweise mit einem oder mehreren der folgenden Materialien:
-einem Spezialstahl,
-Asbestzement,
-einem Kunstharz.
20. Verfahren zum Betreiben der Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem mindestens zwei Bohrungen ins Erdinnere führen, dadurch gekennzeichnet, dass man durch diese ein Wärmetransportmedium (W) hin und zurück fördert, um dem Wärmetransportmedium in den beiden Bohrungen intermittierend Nutzungswärme aus dem Untergrund einzuspeisen und wieder zu entziehen.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass man den Druck und die Temperatur im Wärmetransportmedium als Steuergrösse für das Entziehen von Nutzungswärme aus dem Wärmetransportmedium einsetzt.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärme-transportmedium (W) zur Hauptsache Wasser ist.
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