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Nenne 3 Lokationen/Standorte in Deutschland, wo Tiefengeothermie wirtschaftlich genutzt wird?
- Unteraching
- Landau
- Neubrandenburg
- Kirchweidach
- Straubing
- Gauching
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Nenne 3 lokale Einrichtungen in Freiberg/Dresden die geoth. Ressourcen nutzen
- Semperoper
- Großer Garten
- Neumarktbereich
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Nenne 3 Länder weltweit, die geoth. Ressourcen intensiv nutzen
- Island
- Neuseeland
- Indonesien
- Kenia
- Italien
- Frankreich
- Ungarn
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Nenne 3 technische Maßnahmen (bzgl. Bohrung, Installation, Material), um das Leistungsvermögen oberflächennaher U-Rohr-Sonden (bis 100m) zu verbessern
- Rohrdurchmessergestaltung (je größer Durchmesser, desto größer Fläche)
- Stahl- oder Kupferrohre anstatt PVC-Rohre
- Spreizung (U-Rohr-Sonde aufspreizen)
- Zementage (Thermozement)
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Wodurch wir die Leistung eines geoth. KW bestimmt? Nenne die 2 wesentlichen Paramter
- Volumenstromrate in l/s (100 l/s für geoth. KW)
- Temperatur > 100°C
- Tiefer als 3000m
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Welche technischen Maßnahmen (3) sind nötig, um eine 3000m tiefe Bohrung als Koaxialsonde möglichst effizient auszubauen (Casing/Tubing)? Warum kann man damit keinen Strom gewinnen?
- großer Bohrungsdurchmesser --> großer Innendurchmesser --> bessere Wärmeübertragung, geringerer Bohrlochwiderstand
- Materialeinsatz (Stahl- oder Kupferrohr) --> bessere Wärmeübertragung
- Kopftemperaturen < 100°C --> Unwirtschaftlichkeit durch den Gegenströmer
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Einsatz der Linienquellenlösung nach Cekaljuk bei einer Sonde.
Welcher Wert (1d oder 30d) beschreibt das "reale" Verhalten besser? Warum?
 - Nach einem Tag: Q_punkt = 5,94 kW
- Nach 30 Tagen: Q_punkt = 3,40 kW
- ==> Der Wert für 30 Tage liegt schon sehr nahe am "worst case" eines stationären Zustandes
- --> Für Bilanzierung: Tag für einen Wert für Projektierung --> Sondenleistung
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Einzugsradius wird abgeschätzt mit r = 1,5*sqrt(a*t). Wie groß ist dieser real für eine geothermische Sonde?
- a = lambda/(roh*c)
- R_real = 7,93m
- Angabe wichtig für Projektierung/Umweltämter
- Einzugradius für Temperaturabsenkung
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Nenne 5 Maßnahmen/Aufgaben zur Projektierung eines geothermalen Tiefenaufschlusses in der Vorerkundung, um eine Bohrung/Dublette in Teufen von ca. 5000m optimal zu planen und abzuteufen
- Standortanalyse:
- - geologisch
- - geophysikalisch
- - technische Analyse
- - Umweltanalyse
- Aufschlussverfahren:
- - Bohrung (Durchmesser, Tiefe)
- - Bohrverfahren
- - Bohrungsdesign
- Gewinnung:
- - Volumenstromrate
- - Temperatur
- techn. Realisierung:
- - Kraftwerk/Pumpen/Turbinen
- - ORC- oder Kalina-Prozess
- Risikobewertung
- Wirtschaftlichkeitsanalyse
- ==> Scheitern von Projekten: Klagen am Beginn, daher von Beginn an: Öffentlichkeitsarbeit
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öffentliche Diskussion eines petrothermalen Projekts. Bennene Gegenargumente zu Einwänden/Ängsten
- Unwirtschaftlich - Förderpolitik vom Staat/Strom wird gleich teuer verkauft --> Tiefengeothermie ohne Fördermittel nicht wirtschaftlich aber ökologisch unschlagbar (Aufsummierung von Ölerzeugung, auch sehr teuer)
- Grundwasserkontamination - /Kurzschluss von Grundwasserleitern - Zementage (Bohrloch wird von oben bis unten zementiert + Messverfahren + sichere Verrohrung
- Umweltverschmutzung/Bohrplatz - Fläche wird versiegelt
- induzierte Seismizität- /Risse durch Fracking - kein geothermisches Projekt in D in dem gefrackt wird --> Fracking im Hintergrund/induzierte Seismizität: nur wenn Flüssigkeit gefördert oder wieder reingepumpt wird --> Seismizität muss gemessen werden --> Versicherungsfrage (Risse im Keller)
- Störung/Verschmutzung im Reservoir durch Additive - Additive sind Zusätze in der Spülung --> heutzutage: nur noch Additive die umweltfreundlich sind/abbaubar
- Lärmbelästigung beim Bohren - Lärmschutzzäune (1m~35000€)
- Freisetzung von Radioaktivität - jedes Gestein im Untergrund ist radioaktiv --> muss überwacht und deponiert werden
- Nachnutzung als radioaktives Endlager - in Lokation nicht möglich/Gestein nicht geeignet ... usw.
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Ordne den folgenden Parametern die SI-Einheiten zu: Wärmeleitfähigkeiten, Temperaturleitfähigkeit, spez. Wärmekapazität, Wärmeleistung, radiogene Wärmeproduktion
- Wärmeleitfähigkeiten: W/(m*K)
- Temperaturleitfähigkeit: m^2/s
- spez. Wärmekapazität: J/(kg*K)
- Wärmeleistung: W
- radiogene Wärmeproduktion: W/m^3
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Nenne die SI-Einheiten von Energie, Arbeit und Leistung
- Energie: J bzw. Nm
- Arbeit: J bzw. Nm
- Leistung: W bzw. Nm/s
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Welche primären Forschungsziele haben Bohrungen in der Tiefengeothermie?
- permeable Schichten finden
- Errichtung von geothermal KW für Wärme und Stromerzeugung
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Welche neuartigen Verfahren zur Datenübertragung werden aktuell entwickelt und erprobt?
- Mud Pulser/Mud Sirene (Spülung wird getriggert) --> Signal wird an Oberfläche gebracht
- elektromagnetische Datenübertragungssysteme über Bohrstrang --> schwierig/noch in Forschung
- Glasfaser --> Nachteil immer nur Rohrstücke/Kabel kann nur schwer in Bohrung gebracht werden --> noch in Forschung
- akustische Verfahren --> schwierig/noch in Forschung
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Warum konnte sich die Tiefengeothermie zur Stromgewinnung aus Erdwärme bisher nicht in Deutschland durchsetzen?
- Stromgewinnung wird bei Tiefengeothermie nicht vorgesehen
- keine Förderung
- zu kleine Leistungen
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Welche Teufenbereiche werden bei der flachen und mitteltiefen Geothermie erfasst? Welche bei der Tiefengeothermie? Was ist dabei zu beachten bzw. welche Unterschiede bestehen?
- bis 400m: oberflächennahe Geothermie
- bis 1000m: mitteltiefe Geothermie --> Bergamterlaubnis
- größer 1000m: tiefe Geothermie --> Bergamterlaubnis
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Berechne die thermische und die erwartete elektrische Leistung
- Q_punkt = m_punkt*c*deltaT
- P = Q_punkt*0,1
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Was ist keine radiogene Istopen-Quelle der Erdwärme?
Blei
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Welches Gestein hat ein Wärmeleitvermögen von ca. 1 W/mK?
Sand/Kies
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Welche Temperatur ist in 10 km Tiefe zu erwarten?
270°C-300°C
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Welcher Stoff hat das beste Wärmespeichervermögen?
Wasser
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Welcher geoth. Gradient ist im Erzgebirge zu erwarten?
30°C/km
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Was ist ein typischer k-Wert für einen Ton?
10^(-15) m^2
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Wodurch wird ein Newton'sches Fluid charakterisiert?
Viskosität
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Welche Strömungsart tritt im ersten GWL auf?
ungespannte GW-Strömung
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Wo treten Kapillareffekte auf?
in der teilgesättigten Bodenzone
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Welches Gesetz beschreibt die Laminarströmung in porösen Medien?
Darcy-Gesetz
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Welcher Prozess dient dem Schutz des Grundwassers bei Bohrungen?
Zementation und Verrohrung
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Was ist die Einheit für die dynamische Viskosität?
Pa*s
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Wie ist die Darcy-Geschwindigkeit beschrieben?
Volumenstrom/Fläche
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Wie groß ist die Porosität in einem Sandstein?
~15%
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Welche geoth. Aufschlussbedingungen erfordern Frac-Maßnahmen?
petrothermale Systeme
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Welcher Prozess ist für geoth. KW relevant?
Wärmetransport
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Welche Installationsform ist typisch für Erdwärmesonden?
Doppel-U-Rohr
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Was ist der Vorteil geoth. Systeme?
Grundlastfähigkeit
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Mit Schutzgütern hat es folgendes auf sich:
Kriterium im Sinne der Umweltverträglichkeit
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Die dynamische Viskosität von Wasser unter Normalbedingungen liegt im Bereich von
1 mPa*s
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Zwischen der Wärmeleitfähigkeit von Wasser und Eis lässt sich sagen
die von Eis ist höher
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Ein k-Wert von 10^(-10) m^2 unter GW-Bedingungen entspricht folgendem kf-Wert in m/s
10^(-3) m/s
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Eine geoth. Dublette findet Anwendung bei der
hydrothermalen Nutzung
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Erschließung und Gewinnung beinhalten die Erkundung und Aufsuchung von Trägerstrukturen und bestehen aus folgenden Teilschritten:
geologische Erkundung, geophysikalische Messungen und Erstellung geologischer Modelle
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Eine hydrothermale Energienutzung findet statt in der bzw. im
bayrischer Molasse und norddeutsches Becken
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Was ist kein Strömungsvorgang?
Migration und Wärmetransport
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Wodurch wird eine Reibungskraft charakterisiert?
Viskosität
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Wo tritt eine Kluftströmung auf?
Karstgesteine
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Beim Übergang von Wasser zu Eis wird...
Energie frei
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Die Viskosität des Wassers erhöht sich durch:
Mineralisation
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Zuständige Behörde ist bei der Errichtung von geoth. Sonden < 100m Tiefe
untere Wasserbehörde (Landratsamt)
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Welcher Prozess führt zur Wärmeübertragung in geoth. Sonden in Aquiferen?
Wärmeleitung
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Wozu dient ein Thermalresponsetest?
Insitu WLF-Messung
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GW-Leiter werden geschützt durch:
Verrohrung und Zementation
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Warum ist der Wärmegewinn aus flachen Koaxialsonden etwas höher als bei U-Rohrsonden? Nennen Sie 3 Gründe
- größerer Durchmesser --> mehr Wärme --> bessere Wärmeentzugsleistung
- lassen sich vertikal in Boden einbringen
- glatte Außenwand --> gute Hinterfüllung --> guter Kontakt zu Bohrlochwand
- Koaxialsonde nur mit Stahl möglich --> besseres Wärmeleitvermögen
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20 m Wassersäule entsprechen etwa einer...
Druckdifferenz von 2 bar
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Wie groß muss die Austauschfläche in m^2 in einer Geothermiebohrung sein, um eine Wärme von 1 MW bei einem deltaT = 50 K zu erzeugen? Wie kann diese Austauschfläche erreicht werden?
- q = -lambda*gradT = Q_punkt/A
- A = 9090 m^2
- Fläche erreichbar über Fracking
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Wodurch unterscheiden sich installierte Leistung und produzierte Leistung eines Kraftwerkes?
- installierte Leistung: maximale, im Teststand gemessene Leistungswerte
- produzierte Leistung: ist geringer als installierte Leistung (reales Verhalten, Verluste berücksichtigt)
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Wodurch unterscheiden sich hydrothermale und petrothermale Geothermiekraftwerke?
- hydrothermal = direkte Förderung
- petrothermal = Wasser muss induziert werden
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Welches primäre Forschungsziel hat die geplante Bohrung in Schneeberg?
Erkunden, ob sich natürlich vorhandene Klüfte im Hartgestein als unterirdische Wärmetauscher zur Nutzung der Tiefengeothermie zur Stromerzeugung eignen können
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Was bedeutet der COP-Wert und die Jahresarbeitszahl?
- COP = Verhältnis gewonnene zu eingesetzter Energie
- COP übers Jahr aufsummiert = Jahresarbeitszahl (soll größer als 4 sein)
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Welche Kraftwerksprozesse (Turbine) werden für die geoth. Stromerzeugung eingesetzt?
Kalina- und ORC-Prozesse
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Was ist der Vorteil einer Zeolith-Wärmepumpe?
- Absorbtionswärmepumpe arbeitet mit Wasser unter niedrigem Druck
- sehr hohe Vorlauftemperatur
- Kältemittel Wasser
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In welchem Leistungsbereich arbeitet das Kraftwerk Nossener Brücke?
300 MW
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Wie nennt man das Verfahren für flache Sonden und welches Spülmittel kommt zum Einsatz?
- Hammerschlagverfahren (hammer-drill)
- Spülmittel: Luft (Kompressor notwendig)
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Nennen Sie 3 Kältemittel für Wärmepumpen und die Antriebsart
- Ammoniak
- Propan
- Butan
- CO2
- R137
- Antriebsart: Absorption
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3 Gründe gegen Geothermie in Dresden
- Schutzgebiete
- Seismizität
- arthesisch gespanntes Wasser
- Untergrundtemp. darf nicht erhöht werden
- Umweltschutzgründe
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Seit wann wird im Erzgebirge Silber abgebaut?
12 Jhdt. (1168)
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Welche 3 Metalle wurden im Erzgebirge nach dem Silber abgebaut?
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Wärmequelle wird konvektiv bewegt. Welche Strecke legt sie in 3 Tagen zurück?
w_D = -k_f*gradh (=x/L) Lösung: 1m
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Geben Sie die Lösung der stationären Wärmeleitung 1-D an
d^2T/dx^2 à zweimal integrieren: T(x) = T_0 – (T_0-T_x)/L
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Welche Zahl setzt Konvektion zu Leitung ins Verhältnis?
Peclet-Zahl --> wenn = 1 ==> Leitung genauso schnell wie Konvektion (Fließbewegung)
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Was versteht man unter mechanische Dispersion?
Ausgefranste Front in porösen Systemen
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Wie groß sind die spezifischen Werte für Granit?
- Dichte: 2700 kg/m^3
- Porosität: 0,1-2%
- Permeabilität: 10^(-18) 10^(-20) m^2 (mDarcy)
- spez. Wärmekapazität: 750-800 J/kgK
- Wärmeleitfähigkeit: 3,4 W/mK
- Temperaturleitfähigkeit: 1*10^(-6) m^2/s
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Wie groß sind die spezifischen Werte für Steinsalz?
- Dichte: 2100 - 2500 kg/m^3
- Porosität: <1%
- Permeabilität: 10^(-24) - 10^(-18) m^2 (mDarcy)
- spez. Wärmekapazität: 917 J/kgK
- Wärmeleitfähigkeit: 6,98 W/mK
- Temperaturleitfähigkeit: 3,5*10^(-6) m^2/s
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Wie groß sind die spezifischen Werte für Kalkstein?
- Dichte: 2000 - 3000 kg/m^3
- Porosität: 0,5 - 30%
- Permeabilität: 10^(-20) - 10^(-13) m^2 (mDarcy)
- spez. Wärmekapazität: 741 J/kgK
- Wärmeleitfähigkeit: 2,2 W/mK
- Temperaturleitfähigkeit: 0,9 - 1,5*10^(-6) m^2/s
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Wie groß die spezifischen Werte für Sandstein?
- Dichte: 2150 - 2300 kg/m^3
- Porosität: 8-50%
- Permeabilität: 10^(-15) - 10^(-11) m^2 (mDarcy)
- spez. Wärmekapazität: 710 J/kgK
- Wärmeleitfähigkeit: 1,6-2,1 W/mK
- Temperaturleitfähigkeit: 1-1,3*10^(-6) m^2/s
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Wie groß sind die spezifischen Werte für Ton?
- Dichte: 2400 kg/m^3
- Porosität: 40-65%
- Permeabilität: 10^(-18) - 10^(-15) m^2 (mDarcy)
- spez. Wärmekapazität: 1100 J/kgK
- Wärmeleitfähigkeit: 1,7 W/mK
- Temperaturleitfähigkeit: 0,6*10^(-6) m^2/s
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Wie groß sind die spezifischen Werte für Sand?
- Dichte: 2600 kg/m^3
- Porosität: 20-40%
- Permeabilität: 10^(-12) 10^(-10) m^2 (mDarcy)
- spez. Wärmekapazität: 1000 J/kgK
- Wärmeleitfähigkeit: 2,4 W/mK
- Temperaturleitfähigkeit: 1*10^(-6) m^2/s
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