Influence of geothermal water composition on thermodynamic fluid data and its impact on plate heat exchanger design

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Autoren

Abstract

Als eine der bereits seit Jahrhunderten bekannten Energiequelle, stellt die Geothermie besonders in der städtischen Nah- und Fernwärmeversorgung eine Ergänzung beziehungsweise Alternative zur Wärmeauskopplung von kalorischen Kraftwerken dar. Speziell in diesem Anwendungsgebiet bietet die Geothermie Vorteile wie geringe Emissionswerte durch geschlossene Thermalwasserkreisläufe, wenig Platzbedarf im Betrieb und kontinuierliche Wärmeproduktion. Da die Zusammensetzung des Thermalwassers stark von lokalen geologischen Gegebenheiten abhängig ist, unterliegen manche Betriebsparameter eben jenen örtlichen Bedingungen. Hierzu zählt vor allem die Wärmeübertragungsleistung, welche stark durch lokal vorherrschende Gasanteile, Ionenkonzentrationen, Paraffine sowie diversen Feststoffen im Thermalwasser beeinflusst wird. Die für den Wärmeübertrag maßgeblichen Anteile werden in dieser Arbeit betrachtet und basieren auf Analysedaten aus deutschen und österreichischen Thermalwasserbohrungen. Aufgrund von gegenwärtigen gesetzlichen, technischen und sicherheitsrelevanten Gesichtspunkten ist eine Trennung zwischen Thermalwasserkreislauf und Prozess- beziehungsweise Wärmenetz in Deutschland zwingend erforderlich. Basierend auf technischen und wirtschaftlichen Aspekten erfolgt diese Trennung durch Plattenwärmetauscher. Um für diesen Wärmeübertrager eine realitätsnahe thermodynamische Auslegung durchzuführen fehlen momentan allgemein zugängliche und verfügbare Stoffdaten und Berechnungsmodelle. Ziel dieser Arbeit ist daher die Bestimmung von wesentlichen Bestandteilen des Thermalwassers und deren Auswirkung auf die Wärmeübertragung. Für die Berechnung dieser Einflüsse kommt ein Zwei-Phasen Modell zur Anwendung, wobei der betrachtete Parameterbereich den Betriebsdaten einer laufenden Geothermieanlage entspricht. Die Auswertung der Resultate des Berechnungsmodells zeigt eindeutig erkennbare Tendenzen, dass mit steigender Salinität die Wärmeübertragung vermindert wird. Der Einfluss des Gasanteils wirkt sich insofern aus, dass Verschlechterungen im Wärmeübergang durch Verbesserungen der fluiddynamischen Eigenschaften ausgeglichen werden.

Details

Titel in ÜbersetzungEinfluss der Thermalwasserzusammensetzung auf thermodynamische Fluideigenschaften und deren Auswirkung auf die Auslegung von Plattenwärmeübertragern
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung14 Dez. 2018
StatusVeröffentlicht - 2018