Uni-Bayreuth

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Bewertung von Wärmeträgerfluidleckagenen aus Erdwärmesonden auf Grundlage vorhandener Daten und numerischer Modelsimulationen

Cordula Dörr1, Ralf Köber1, Dirk Schäfer1, Andreas Dahmke1
1 Angewandte Geowissenschaften, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Deutschland

O 15.6 in Forum Junge Hydrogeologen (H 36, NW III)

28.05.2014, 13:40-14:00, H36, NWIII

Geothermie und Wärmespeicherung können im Rahmen der Energiewende und für die Nutzung Erneuerbarer Energien einen wichtigen Beitrag leisten. Die hierbei eingesetzten Erdwärmesonden enthalten im Inneren zirkulierende Wärmeträgerfluide (WTF), die aus einer Mischung von Frostschutzmitteln (Ethylen- und Propylenglykol) und Additiven mit unterschiedlichen Funktionen (z.B. Benzotriazole zum Korrosionsschutz) bestehen. Im Hinblick auf den vorsorgenden Grundwasserschutz und die damit zusammenhängende Genehmigungsfähigkeit von geschlossenen Erdwärmesonden besteht Bedarf an der Beurteilung potentieller Leckagerisiken von WTF. Hierbei stellt sich die Frage,  welche Prozesse die Ausbreitung im Grundwasser maßgeblich bestimmen und inwieweit trotz der begrenzten WTF-Menge einer Erdwärmesonde unter bestimmten hydrogeologischen Randbedingungen signifikante Auswirkungen auf die Wasserqualität zu erwarten sind. Für numerische Szenariensimulationen im Rahmen einer Gefährdungsabschätzung werden neben den hydrogeologischen standorttypischen Randbedingungen Parameter zum Transport- und Abbauverhalten von Frostschutzmitteln und Additiven sowie zu einer möglichen Inhibition bezüglich des Abbaus der unterschiedlichen Inhaltsstoffe als Eingangsparameter benötigt. Zielsetzung der Arbeit war es daher, die bisher verfügbaren Daten dazu anhand einer Literaturstudie kritisch zu evaluieren und nachfolgend in einer numerischen Szenarienanalyse zu bewerten.

 

Im ersten Schritt zur dargestellten Gefährdungsabschätzung wurden mit einer umfangreichen Literaturrecherche hinsichtlich der Identität, des Abbau- und Transportverhaltens sowie der Toxizität der Inhaltsstoffe der aktuelle Stand bisheriger Untersuchungen innerhalb einer Studie zusammengefasst und Kenntnislücken aufgezeigt. Während die Anzahl quantitativer Untersuchungen zum Glykolabbau die zum Benzotriazolabbau deutlich übersteigt, ist nahezu allen diesen Studien gemeinsam, dass die Reaktionskinetik-bestimmende Konzentration der Reaktionspartner unberücksichtigt bleibt und die ermittelten Abbauratenkonstanten erster Ordnung für beide Stoffgruppen eine breite Streuung aufweisen. Für die Benzotriazole wurde teilweise ein sehr langsamer Abbau festgestellt, so dass für solche Fälle vermutlich die Sorption den dominanten Rückhalteprozess darstellt. Auf diesen Untersuchungen aufbauend wurden in einem zweiten Schritt mittels einer Modell-basierten Sensitivitätsstudie die Auswirkungen von Abbau und Sorption mit den innerhalb der Literaturstudie ermittelten Parametern aufgezeigt. Unter Berücksichtigung dieser Ergebnisse werden in einem weiteren Schritt das Abbauverhalten verschiedener WTF-Inhaltsstoffe unter Berücksichtigung variierender Reaktionspartnerkonzentrationen und auftretender Inhibitionseffekte mit Hilfe von Säulenversuchen quantifiziert. Die Ergebnisse dieser Untersuchungsschritte bilden insgesamt die Grundlage für numerische Modellsimulationen zur Abschätzung der Gefährdung durch Leckagen von WTF für verschiedene typische hydrogeologische Randbedingungen.

 



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Letzte Änderung 08.11.2013