Nutzung der Erdwärme
mit dem GEOHIL-System
Um die Energie der Erdkruste zu nutzen, wird eine Bohrung abgeteuft, Filterrohre mit einer GEO-Pumpe eingebaut und eine
Kiesschüttung eingebracht. Das im Erdreich erwärmte Wasser wird durch die Pumpe zirkuliert und im isolierten Thermorohr zur
Oberfläche befördert.
Das erwärmte Wasser wird durch die Nutzung abgekühlt
und durch das Rücklaufrohr wieder eingeleitet.
Thermische Konvektion
Die thermische Konvektion hängt von der hydraulischen Leitfähigkeit des die Bohrung umgebenden Gesteins ab. Sie induziert eine
Fluidbewegung, die sich im engerem Raum um die Energiequelle abspielt. Da dieser Ringraum sehr begrenzt ist, wird die thermische
Konvektion im weiteren Wärmetransportbereich durch die vorgenannte Advektion und Diffusion ersetzt, das heißt, dass der im weiteren
Abstand zur Energiequelle erforderliche Wärmetransport durch diese beiden Wärmeströme gewährleistet wird. Entscheidend ist
jedoch, dass diese thermische Konvektion im engeren Bereich der Energiequelle aktiviert wird.
Um eine solche thermische Konvektion zu aktivieren, benötigt man unbedingt eine offene Bohrung, in welcher diese Konvektion durch
Druckdifferenz zwischen dem zirkulierenden Wasser in der Energiequelle und dem anstehenden Porenwasser im Ringraum der
Energiequelle aktiviert wird. Druckdifferenzen können diese Wirkung nur in einer offenen Energiequelle entfalten. Verrohrt man den
Bereich der Energiequelle, das heißt die Bohrung, kann eine solche thermische Konvektion nicht ausreichend aktiviert werden und der
Wärmetransport zur Energiequelle wird wesentlich eingeschränkt. Der Gewinn ausreichender Endenergie zu einer wirtschaftlichen
Betriebsweise ist nicht möglich.
Die Kenntnis dieser Vorgänge war Ausgangspunkt der Entwicklung des GEOHIL-Systems. Das
GEOHIL-Systems wurde von Beginn an in offener Bohrung betrieben, um die vorgenannten
physikalischen Gegebenheiten optimal zu nutzen.
Nur mit einer solchen Betriebsweise war es möglich, die Temperaturen ausreichend hoch und
den Wärmetransport zur Energiequelle dem Energieentzug gleich zu setzen. Da das GEOHIL-
Systems nur mit Wasser betrieben wird, ist ein Gleichgewicht unbedingt notwendig:
Energieentzug gleich Energienachschub.
Diese Formel muss bei diesem System unbedingt stimmen, sonst würde das System vereisen.
Zur Entwicklung einer technischen Lösung zur Herstellung dieses Gleichgewichts waren
langjährige Versuche notwendig, da bis heute nicht allgemein bekannt ist, wie viel Energie
neben der bekannten konduktiven Wärmeleitung von 2 - 5 W/m/K über Diffusion, Advektion und
Konvektion über das Porenwasser geleitet wird. Diese Werte sind durch langjährige
Messungen ermittelt worden, sodaß die Ergebnisse gemäß den einzelnen Gesteinsarten genau
festgelegt werden konnten.
Bei Einsatz des GEOHIL-Systems liegen die Werte für konduktive und thermische konvektive
Erdwärmeströmung nach heutigen Kenntnissen bei einem Vielfachen der rein konduktiven
Wärmeleitung. Nur diese Kenntnisse machen es möglich, wirtschaftlich Erdenergie nach dem
GEOHIL-System in einer Bohrung zu gewinnen.
Gemessen und ermittelt werden konnten diese Wärmewerte über bivalent-parallel betriebene
Anlagen. Diese Anlagen laufen während der Heizperiode im Dauerbetrieb, 24 Stunden täglich
zur Deckung der Grundlast, da sie nur für einen Teil der Gesamtheitsleistung dimensioniert
sind. Die Jahresbetriebszeiten diese Anlagen betragen den doppelten Wert der klassisch-
monovalenten Heizungsanlagen, nämlich rund 4.000 Betriebsstunden pro Jahr.
Während der Wintermonate kann man Idealmessungen an solchen Anlagen durchführen, da
sich die Temperaturen auf konstante Werte einstellen und die entnommenen Energiemengen
ebenfalls konstant bleiben. Dies macht es möglich, Messreihen aufzubauen, die die genannten
Werte bestätigen und nachweisen. Die hier vorgestellten Erkenntnisse sind in allen mehr als
400 Energiequellen nachweisbar.
Diese Ergebnisse mussten über Jahre kontrolliert werden, da bei einem wassergetriebenen System bei 0 °C, das Einfrieren beginnt
und wenn diese Energiemengen nicht geflossen wären, eine kontinuierliche Betriebsweise über 25 Jahren nicht möglich gewesen
wäre. Das gesamte Ergebnis bestätigte die vorgemachten Äußerungen.
Das GEOHIL-System hat mit der Vielzahl der gebauten Anlagen seine Funktionsweise in einem dauerhaften Betrieb mit hoher
Betriebssicherheit, mit optimaler Funktionalität und mit geringstem Wartungsaufwand über 25 Jahre nachgewiesen. Es ist eine der
wirtschaftlichsten technischen Möglichkeiten geothermische Anlagen erfolgreich zu betreiben.