Entwicklung einer Wärmetomographie zur Charakterisierung der ungesättigten Zone sowie gering-permeabler Grundwasserleiter zur Nutzung als thermischer Speicher

Stipendiatin/Stipendiat: Klodwig Seibertz

Mit diesem Promotionsvorhaben wird die mathematisch / physikalische Verwandtschaft von Wärmefluss und Grundwasserfluss genutzt, um die Übertragbarkeit von experimentellem Aufbau und der Auswertung der hydraulischen Tomographie auf die geothermische Erkundung zu untersuchen. Die hydraulische Tomographie ermöglicht hierbei die räumliche Ermittlung der hydraulischen Leitfähigkeit, die für die Beschreibung des Grundwasserflusses genutzt wird.

Ziel ist, damit eine Wärmetomographie bereitzustellen, welche die Ermittlung der Wärmetransportparameter (z.B. Temperaturleitfähigkeit) in situ, als räumliche Verteilungen ermöglicht, um eine 2D oder 3D Beschreibung des Wärmetransportverhaltens des Untergrundes bereitzustellen und damit bestehende Lücken in der flachen geothermischen Erkundung zu schließen.

Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der nicht grundwassergesättigten Zone bzw. hydraulisch geringleitenden Schichten zur Nutzung als geothermische Speichersysteme, da hier verringerte Grundwasserdynamik vorherrscht und somit eine Verschleppung des Speichergutes Wärme reduziert wird. Dies verbessert auf natürliche Weise die Wirkungsgrade entsprechende Speicher.

Mit diesem Promotionsvorhaben wird die mathematisch / physikalische Verwandtschaft von Wärmefluss und Grundwasserfluss genutzt, um die Übertragbarkeit von experimentellem Aufbau und der Auswertung der hydraulischen Tomographie auf die geothermische Erkundung zu untersuchen. Die hydraulische Tomographie ermöglicht hierbei die räumliche Ermittlung der hydraulischen Leitfähigkeit, die für die Beschreibung des Grundwasserflusses genutzt wird.Ziel ist, damit eine Wärmetomographie bereitzustellen, welche die Ermittlung der Wärmetransportparameter (z.B. Temperaturleitfähigkeit) in situ, als räumliche Verteilungen ermöglicht, um eine 2D oder 3D Beschreibung des Wärmetransportverhaltens des Untergrundes bereitzustellen und damit bestehende Lücken in der flachen geothermischen Erkundung zu schließen.Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der nicht grundwassergesättigten Zone bzw. hydraulisch geringleitenden Schichten zur Nutzung als geothermische Speichersysteme, da hier verringerte Grundwasserdynamik vorherrscht und somit eine Verschleppung des Speichergutes Wärme reduziert wird. Dies verbessert auf natürliche Weise die Wirkungsgrade entsprechende Speicher.Im Zuge der Arbeiten wurde dabei erkannt, dass neben den Untergrundeigenschaften auch die Ausführung der Erdwämesonde einen starken Einfluss auf die Temperaturfelder im nahen Untergrund und damit auf die Erwärmenutzungseffizienz hat. Die Erfahrungen die bei der Untersuchung der Wärmetomographie gemacht wurden, werden dementsprechend genutzt um räumlich und zeitlich hochaufgelöste Erfassung von Temperaturfeldern aus dem Innern einer Erdwärmesonde umzusetzen. Die gezielte Einbringung von Hinterfüllungsfehlstellen liefert dabei Aufschlüsse über die Temperaturausbreitung in Erdwärmesonden bedingt durch den Untergrundnahbereich und über die unterschiedliche Qualität der genutzten Verfüllungen.Die Nutzung von Faser-Optischem Distributed-Temperature-Sensing erlaubt dabei, sowohl eine Temperaturüberwachung des Hydratationsprozesses als auch ein Monitoring während des Betriebes einer Erdwärmesonde. Auf diese Weise können Fehlstellen in der Hinterfüllung sowie thermische Kurzschlüsse frühzeitig erkannt werden.

Förderzeitraum:
01.08.2014 - 31.07.2017

Institut:
Eberhard Karls Universität Tübingen
Umwelt und Ingenieursphysik

Betreuer:
Prof. Dr. Peter Dietrich

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Publikationen: