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Wissenschaft
trifft Sensorik

Internationales Geothermiezentrum: Hochtechnologie in der Tiefenbohrung

In Bochum arbeiten Forscher an modernen Bohrtechnologien, die die Wärmeerzeugung durch Tiefengeothermie deutlich effizienter und wirtschaftlicher gestalten könnten. Die Grundlage bildet ein vergleichsweise einfacher Versuchsaufbau mit einem ausgeklügelten Messkonzept und robuster Sensorik von autosen.

Tiefengeothermie ist ein komplexes Thema, allein schon aufgrund der großen Tiefe. Konventionelle Brunnenbohrtechnik reicht bei Tiefen bis zu 250 Meter. Das Forschungsteam des internationalen Geothermiezentrums der Hochschule Bochum (GZB) setzt deutlich tiefer an: fünf Kilometer unter der Erde.

 

Das GZB legt mit seiner Grundlagenforschung die Basis für hochmoderne Bohrtechnologien – die „Advanced Drilling Technologies“. Eines der Forschungsprojekte beschäftigt sich mit dem Wasserstrahlschneiden von Gesteinen für die Bohrtechnik, das so genannte „Jet Drilling“-Verfahren. Das Projekt ist Teil des Europäischen Verbundprojektes SURE (Novel Productivity Enhancement Concept for a Sustainable Utilization of a Geothermal Resource) innerhalb des Forschungsrahmenprogramms Horizon 2020.

 

“Do it yourself” am Bochumer GZB

Der Versuchsaufbau in Bochum ist einfach. Ein mit einer leistungsstarken Hochdruckpumpe nachträglich aufgerüsteter Baustellenkompressor, angetrieben von einem Dieselmotor, daneben ein externer Wassertank und allerlei Gerätschaften vom manuell zu bedienenden Absperrventil bis zum hochmodernen Frequenzmessumformer. Damit wird hier an der Zukunft der Energieversorgung geforscht. Die dafür notwendigen Maschinen und Geräte sind keine Apparaturen von der Stange. Also wird das notwendige Instrumentarium selbst gebaut und dabei gleich das eine oder andere Messverfahren optimiert oder gleich erfunden. Gut, wenn man die dafür benötigten Teile online beschaffen kann, wie zum Beispiel die benötigten autosen Sensoren.

„Vor dem Hintergrund der Förderung durch öffentliche Mittel wird immer auch die Wirtschaftlichkeit der Angebote technologisch vergleichbarer Produkte geprüft.“
Viktor Hartung
Internationales Geothermiezentrum der Hochschule Bochum

Dreh- und Angelpunkt des Versuchsaufbaus ist die Erfassung des tatsächlich benötigten Volumenstroms beim Wasserschneiden. Dazu wählte man ein Verfahren, das aus technischer Sicht bestechend einfach ist, aber zuverlässig hoch präzise Ergebnisse liefert. „Prinzipbedingt besteht bei einer Kolbenpumpe eine eindeutige Korrelation zwischen der Drehzahl des Motors und dem Volumenstrom“, erläutert Viktor Hartung, im Team verantwortlich für die Mess- und Regeltechnik. Je präziser demnach die Erfassung der Drehzahl, desto genauer auch der Wert des Volumenstroms. Ein Dieselmotor lässt sich allerdings auch nur in einem bestimmten Drehzahlbereich betreiben.

 

Für die Messung der Motorendrehzahl setzt Hartung einen induktiven Sensor und die entsprechende Verkabelung von autosen ein. Über ein Druckregelventil hinter der Kolbenpumpe ist es zusätzlich möglich, einen Maximaldruck bis zu 320 bar einzustellen. Befindet sich der Druck unterhalb des eingestellten Regelwertes, kann der Volumenstrom direkt aus der Motordrehzahl bestimmt werden. Greift dieses Ventil ein, wird ein Teil des Volumenstroms zurück in den Tank geführt, um den Druck zu reduzieren. Bei besonders kleinen Düsen ist das bereits bei der Leerlaufdrehzahl des Dieselaggregates der Fall. Um die tatsächlich benötigte Wassermenge exakt erfassen zu können, muss die abgezweigte Menge gemessen werden, damit sie von der Gesamtmenge abgezogen werden kann. Dies geschieht über einen zweiten, magnetisch-induktiven Sensor des gleichen Herstellers, welcher sich hinter dem Regelventil an der Rückführung zum Tank befindet. Bei abgeschaltetem Verbraucher und Leerlauf des Dieselmotors wird die gesamte Wassermenge durch diesen Sensor geführt und stimmt mit der Menge, die durch die Drehzahl bestimmt wird, überein. So lassen sich kontrollierte Versuche an verschiedenen Gesteinsproben durchführen, die Rückschlüsse über die idealen Parameter bei der Bohrung zulassen.

 

Robuster Versuchsaufbau mit Sensoren

Erste Ergebnisse, die auf dem Essener Geothermiekongress veröffentlicht wurden, zeigen: Die wichtige Grundlagenforschung in Bochum ist auf einem guten Weg. Besonders zufrieden zeigt sich das Team mit dem robusten Versuchsaufbau, zu dem auch die beiden autosen Sensoren einen wichtigen Beitrag leisten. Viktor Hartung, der bei einem Besuch der Messe „All about Automation“ auf den Anbieter aufmerksam wurde, schätzt neben dem Preis vor allem die Zuverlässigkeit der Geräte und deren leichte Installation und Einstellung.

autosen Sensoren im Dienst der Wissenschaft: Versuchsaufbau für die Grundlagenforschung in der Tiefengeothermie.


Über das Internationale Geothermiezentrum

Das Internationale Geothermiezentrum (GZB) wurde 2003 als Verbundforschungseinrichtung der Wirtschaft und der Wissenschaft in Bochum gegründet. Rechtlich durch seinen Trägerverein vertreten, sind mittlerweile ca. 15 Universitäten weltweit aktiv im GZB vertreten. Ergänzt werden sie durch weitere Institutionen des öffentlichen Rechts (Stadt Bochum, IHK Mittleres Ruhrgebiet, Wirtschaftsförderung metropoleruhr, Bezirksregierung Arnsberg und die EnergieAgentur.NRW). Die Forschungsfelder decken das ganze Spektrum der Geothermie ab.