Uni-Bayreuth

Sprungmarken

 

Bestimmung des Verhältnisses zwischen elektrischem und thermischem Widerstand homogener Sedimente in Abhängigkeit von verschiedenen Bodenparametern

Linda Firmbach1, Thomas Vienken1, Peter Dietrich1
1 Department Monitoring- und Erkundungstechnologien, UFZ - Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung

P 8.3 in Geothermal energy und geocooling

Mit der Energiewende gewinnt die Nutzung des oberflächennahen Untergrundes als thermischer, energetischer und stofflicher Speicher zunehmend an Bedeutung. In Deutschland stieg dabei vorrangig die Zahl der Anlagen zur Nutzung der Wärme aus Grundwasser und Boden. Mit dem Beschluss des Erneuerbare-Energien-Wärmegesetzes und der darin verankerten Verpflichtung zur anteiligen Nutzung erneuerbarer Energie zur Wärme- und Kältebereitstellung für Neubauten, wird die Anzahl dieser Anlagen auch zukünftig steigen.

Die Ausgangsparameter für die Dimensionierung der Anlagen basieren meist auf Literaturwerten oder/und numerischen Modellen, da eine hydrogeologische Vorerkundung erst ab Systemen mit einer Heizlast über 30 kW vorgeschrieben ist (VDI 2001, Blatt 2). Ebenso ist eine Überwachung der Anlageneffizienz sowie der Auswirkungen auf Grundwasser und Boden erst für größere Anlagen vorgesehen. Mit dem Entzug der Wärme aus dem Untergrund im Winter bzw. die Abgabe der Wärme in den Untergrund im Sommer, sind jedoch auch Auswirkungen auf den Energiehaushalt im Boden und die Grundwassertemperatur verbunden.

Mit dem Mangel an effizienten Monitoringansätzen der Auswirkungen großskaliger Nutzung flacher Geothermie auf Grundwasser und Boden, soll hier die Geoelektrik als potentielle Methode untersucht werden. Basierend auf der Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes stellt sie eine effektive Alternative gegenüber typischen Temperaturmessungen. Um das Potential der Geoelektrik für ein Temperaturmonitoring zu ermitteln, müssen jedoch weitere Einflussparameter beachtet werden. Ziel dieser Studie ist es, die exakte Relation zwischen elektrischem (Re) und thermischem Widerstand (Rt) unter diesen weiteren Einflüssen zu bestimmen:

 

log(Re) = C * log(Rt)

 

Der Parameter C setzt sich dabei aus den verschiedenen leitfähigkeitsbeeinflussenden Bodenparametern zusammen und ist materialabhängig.

Zur Bestimmung von C werden im Labormaßstab verschiedene, homogene Sande mit bekannten Eigenschaften, wie Korngröße, mineralische Zusammensetzung, Porosität und Schüttdichte auf ihre elektrischen Eigenschaften in Abhängigkeit von der Temperatur untersucht.

Dazu wird in dem experimentellen Aufbau ein eindimensionaler Wärmestrom erzeugt und das elektrische Verhalten in verschiedenen Abständen gemessen. Gleichzeitig wird die Wärmeausbreitung mit Temperatursensoren in festgelegten Abständen zur Wärmequelle überwacht und aufgezeichnet. Neben den einzelnen Bodenparametern soll zusätzlich der Einfluss des Porenfluids durch verschiedene Wassersättigungsgrade, sowie verschiedenen Salzlösungen untersucht werden.



VDI: Blatt 2: Thermische Nutzung des Untergrundes – Erdgekoppelte Wärmepumpenanlagen (Part 2: Thermal use of the underground - Ground source heat pump systems). Verein Deutscher Ingenieure (2001) 

last modified 2013-11-08