Der Einfluss von durch thermische Absenkung verursachten Änderungen der thermischen Eigenschaften des Gesteins auf die Wärmerückgewinnung

Geothermische Energie, die in unterirdischen heißen, trockenen Gesteinen gefunden wird, ist eine praktikable Option anstelle von fossilen Brennstoffen. Erweiterte geothermische Systeme (EGS) ermöglichen es uns, die reichlich vorhandenen Energiemengen in den heißen Gesteinen zu nutzen. Die Optimierung und das Risikomanagement dieses Prozesses erfordern genaue Vorhersagen der thermischen Langzeitleistung unter verschiedenen Szenarien, die normalerweise durch numerische Modellierung erfolgen.

Gesteinsthermische Parameter wie Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärmekapazität müssen für eine zuverlässige numerische Modelleingabe genau bestimmt werden. Diese Parameter unterliegen häufig Schwankungen aufgrund der Temperaturreduzierung bei der Wärmerückgewinnung – was durch mehrere Studien belegt wurde. Nichtsdestotrotz neigen die meisten existierenden numerischen Modelle dazu, diese Variationen zu vernachlässigen.

Zu diesem Zweck untersuchte ein Forscherteam der Peking-Universität den Effekt der temperaturabhängigen Wärmeleitfähigkeit und der spezifischen Wärmekapazität des Gesteins auf die thermische Leistung eines EGS-Modells.

„Frühere experimentelle Studien an verschiedenen Gesteinsarten weisen darauf hin, dass sich die thermischen Eigenschaften des Gesteins erheblich ändern, wenn die Temperaturen in einem EGS gesenkt werden“, sagte Hui Wu, leitender Forscher dieser Studie. „Unser Ziel ist es herauszufinden, wie sich diese Änderungen auf die langfristige thermische Leistung des EGS auswirken. Wir glauben, dass die Ergebnisse als Richtschnur für zukünftige numerische Studien verwendet werden können.“

Das Team demonstrierte einerseits, dass die durch Temperatursenkung verursachte Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit die Wärmeleitung von Gesteinsformationen zur Frakturflüssigkeit beschleunigt, was die Wärmeleistung verbessert. Andererseits verschlechtert eine Temperaturreduzierung die thermische Leistung, aber die Auswirkungen sind geringer als die einer Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit.

Ihre Ergebnisse werden in veröffentlicht Rock Mechanics Bulletin.

„Ein interessanter Punkt ist, dass Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärmekapazität zwar gegensätzliche Auswirkungen auf die thermische Leistung von EGS haben, ihr Kombinationseffekt jedoch minimal ist“, sagte Yu. „Die Wärmeleistung wird hauptsächlich durch das Produkt aus Gesteinswärmeleitfähigkeit und spezifischer Wärmekapazität bestimmt.“

„Anscheinend kann die Beibehaltung einer konstanten Wärmeleitfähigkeit und spezifischen Wärmekapazität des Gesteins, gemessen bei Raumtemperatur, die thermische Leistung des EGS-Modells genau vorhersagen“, fügte Yu hinzu.