Bronkhorst

Massendurchflussmessungen in der Seismologie

29. September 2020 Robert Merkli
Erdbeben-Seismograph

Experimente zur Nutzung der Geothermie

Neue Energiequellen zu finden ist ein umstrittenes Thema in der heutigen Gesellschaft. In meiner Heimat, der Schweiz, liebe ich die Landschaft, die wir mit wunderschönen Bergen und Tälern überall bewundern können. Wäre es nicht toll, wenn wir diese Berge so nutzen könnten, dass sie uns helfen unsere eigene saubere Energie zu erzeugen?

Das Schweizer Grimsel Felslaboratorium (NAGRA, ETH Zürich) untersucht die Möglichkeiten der Nutzung der Erdwärme als Energiequelle.

Lesen Sie unseren Applikationsbericht über die Reduzierung von Erdbeben bei der Nutzung geothermischer Energie. Im Grimsel Felslaboratorium untersucht die ETH Zürich, unter welchen Bedingungen solche induzierten Erdbeben auftreten und wie die Stärke solcher Beben so reduziert werden kann, dass sie an der Erdoberfläche nicht spürbar sind. Unsere Massenflussregler werden in ihren Experimenten eingesetzt, um den geothermischen Energieerzeugungsprozess durch kontrollierte Zufuhr von Wasserströmen in das Untergrundgestein zu simulieren.

Mit Geothermie Ihr Kraftwerk aufwärmen?

Die Stromproduktion in der Schweiz lässt sich heute in 3 Hauptquellen unterteilen:

  • Wasserkraftwerke
  • Kernkraftwerke
  • Konventionelle Wärmekraftwerke und sonstige Anlagen

Etwa 30% der Stromproduktion stammt aus Kernkraftwerken. Wäre es nicht wunderbar, wenn man noch mehr in eine sauberere Energie umwandeln könnte? 

Video, das ein weltweites Experiment zur Erzeugung geothermischer Energie erklärt.


Die Geothermie scheint hier ein guter Ersatz für einen Teil der heute genutzten Kernenergie zu sein. Die Idee selbst ist ganz einfach: Kaltwasser in die Erdkruste pumpen, durch Erdwärme erwärmen lassen und das Warmwasser zur Wärmegewinnung aufpumpen, zum Beispiel in einem Kraftwerk.

Es gibt jedoch einen Haken. In einer Tiefe von 4 bis 5 Kilometern, wenn das injizierte Wasser auf 200 °C erhitzt wird, dehnt es sich im porösen Gestein aus. Die Durchlässigkeit des Gesteins ist gering und muss durch Hochdruckinjektionen verbessert werden. Dieser Druckanstieg kann zu seismischen Ereignissen führen.

Im Felslabor Grimsel wird untersucht, unter welchen Bedingungen solche induzierten Erdbeben auftreten und wie das Ausmaß solcher Erdbeben reduziert werden kann, um an der Erdoberfläche nicht spürbar zu werden.

Grimsel Testgelände

Warum Massendurchflussregler?

Bronkhorst-Massendurchflussregler werden in ihren Experimenten zur Simulation des geothermischen Energiegewinnungsprozesses durch kontrollierte Zuführung von Wasser in die unterirdischen Gesteine eingesetzt.

Massendurchflussregler sind erforderlich, um die gewünschte Wassermenge mit dem richtigen Druck exakt in das Gestein einzuspritzen. Um zu untersuchen, welche Wasserdurchflussmenge eine bestimmte Aktivität im Gestein hervorruft, sollten die Geräte in der Lage sein, einen großen Bereich von Wasserdurchflussmengen abzudecken.

Eine Reihe von hydraulischen Tests wie:

  • Positiver oder negativer Druckpuls ("Pulse"-Test)
  • Injektion mit konstanter Druckdifferenz ("Constant Head"-Test)
  • Injektion mit konstanter Durchflussrate ("Constant Rate"-Test)
  • Aufstiegs- oder Absenkversuch ("Slug"-Test)
werden durchgeführt, um die hydraulischen Eigenschaften des Gebirges zu bestimmen und seinen Einfluss (d. h. das Druckverhalten) in Bohrlöchern in unmittelbarer Nähe des Injektionspunktes zu überwachen. Da Gesteine mit geringer Permeabilität Teil der Untersuchung sind, müssen sehr geringe Wassermengen bei sehr geringen Mengen über sehr lange Zeiträume eingespritzt werden.

Welche Massendurchflussregler wurden verwendet?

Die Bronkhorst-Lösung besteht aus drei verschiedenen Coriolis-Massendurchflussreglern, die auf einem Flowboard montiert sind, einschließlich Kontroll- und Überwachungseinrichtungen. Die Massendurchflussregler (MFCs) wurden zur Steuerung von Reinstwasser eingesetzt.

Um den Einfluss der geringen Durchflussmenge zu untersuchen, müssen viele verschiedene Durchflussmengen des Reinwassers als Eingangsparameter herangezogen werden, wobei nur eine geringe Anzahl von Geräten zur Verfügung steht.

Grimsel Testgelände

Mit dem verwendeten Flowboard kann jedes der drei Geräte für den jeweiligen Durchfluss ausgewählt werden. Coriolis-Geräte werden hier wegen ihrer hohen Genauigkeit benutzt und weil sie in der Lage sind, unabhängig von Prozessbedingungen wie Umgebungstemperatur und -druck, direkt eine bestimmte Masse an Wasser zu liefern.

Darüber hinaus können Wassereigenschaften wie Temperatur und Dichte in Echtzeit abgelesen werden. Die maximale Wassertemperatur des Grimseler Felslabors, das sich in einer Tiefe von 400 bis 500 Metern befindet, beträgt 40°C (nur während der thermischen Tests).

Dieser Aufbau ist eine robuste, zuverlässige, flexible, kompakte und einfach zu bedienende Art und Weise, die Wasserversorgung zu steuern. Zur Verfolgung ihrer Experimente nutzen die Forscher der ETH Zürich Bronkhorst-Software, darunter FlowPlot, um das gesamte Experiment zu entwerfen.

Darüber hinaus haben sie mit TeamViewer die Möglichkeit, das Setup bei Grimsel von einem entfernten Standort aus zu steuern, anzusehen und zu überwachen, so dass sie nicht die ganze Zeit vor Ort sein müssen.

Hätten Sie gerne weitere Informationen über Durchflussmesser bei der Nutzung geothermischer Energie? Lesen Sie den Applikationsbericht, in dem wir mit unserem Kunden an einer Prozesslösung gearbeitet haben.

Applikationsbericht

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