Oberflächennahe Geothermie simulieren

Oberflächennahe Geothermie ist eine Schlüsseltechnologie für die nachhaltige Wärmeversorgung, die in sehr vielen unserer Projekte eine zentrale Rolle spielt. Eine präzise Planung sowie die ausgiebige Simulation der Anlage sind essenziell, um die Potenziale optimal zu nutzen – in Hinblick auf Leistung, aber auch auf die Wirtschaftlichkeit der Anlage. Bei goodmen energy setzen wir auf spezialisierte Software-Tools, die eine detaillierte Analyse des Untergrunds ermöglichen.

Simulationsbild, auf dem der Wärmeentzug — Erdwärmesonden-Simulation mit EWS mit angezeigtem Wärmeentzug

Unsere Geothermie-Tools im Überblick:

EWS (Simulation geothermischer Quellen)
Während sich kleinere Anlagen über Kenngrößen auslegen lassen, sollten größere Geothermie-Anlagen simuliert werden. Dazu verwenden wir die Simulations-Software „EWS“ von Huber Energietechnik AG. Mithilfe des Programms lassen sich Erdsonden-Anlagen über eine Zeitdauer von bis zu 200 Jahren simulieren. Das ist notwendig, um nachzuweisen, dass der Untergrund auch nach langjährigem Betrieb nicht zu stark auskühlt oder erwärmt wird. Neben den Parametern zu Sondenfeld, Sole-Gemisch und Untergrund wird ein monatlich oder stündlich aufgelöstes Lastprofil vorgegeben.

Schematische Darstellung der Energieerzeuger — Simulation eines Energiesystems mit TRNSYS

TRNSYS
TRNSYS – das „Transient System Simulation Tool“ – ist eine weitere Simulations-Umgebung zur dynamischen Simulation von Energiesystemen, die hauptsächlich in der Forschung Anwendung findet. Mithilfe von TRNSYS lassen sich oberflächennahe Geothermie-Quellen, aber auch z.B. solarthermische Systeme simulieren. Wir verwenden TRNSYS z.B. für die Simulation und Auslegung von Erdkollektoren. TRNSYS eignet sich aber auch zur Modellierung anderer dynamischer Systeme wie Verkehrsflüsse oder biologischer Prozesse. TRNSYS ist bereits 35 Jahre auf dem Markt verfügbar.

Schematische Darstellung eines komplexen Energiesystems — Polysun-Simulation komplexer Systeme

Polysun
Soll das Zusammenspiel mehrerer Quellen, Wärmeerzeuger und Verbraucher simuliert werden, verwenden wir die Simulations-Software Polysun von Vela Solaris. Polysun enthält eine Schnittstelle zu EWS, wodurch komplexe Energiesysteme mit Erdwärmesonden ganzheitlich simuliert werden können. So kann z.B. auch die sommerliche Regeneration von Erdwärmesonden durch Rückkühler oder PVT simuliert werden. Um eine optimierte Anlage in Hinblick auf Leistung und Wirtschaftlichkeit zu erhalten, sollte dies immer der abschließende Schritt sein.

FEFLOW (thermische Untergrundsimulation mit Grundwasserfluss)
In einigen wenigen Projekten spielt die Interaktion zwischen Wärmetransport und Grundwasserströmung eine entscheidende Rolle. FEFLOW ermöglicht eine detaillierte Simulation thermischer und hydraulischer Prozesse im Untergrund, um Standorte für geothermische Anlagen optimal auszulegen.

Thermal Response Test (TRT)
Ab einer gewissen Anlagengröße ist es sinnvoll, die thermodynamischen Eigenschaften des Untergrunds genau zu kennen. Der Thermal Response-Test ist zwar keine Software, aber ein Tool, das wir im Zusammenhang mit größeren Geothermieanlagen gerne bei einem Geologen beauftragen. Der TRT erhöht die Planungsgenauigkeit und senkt damit das Investitionsrisiko. Es wird eine Pilotsonde gebohrt und mit beheiztem Wasser durchströmt. Durch die Messung der Temperaturen am Sondenein- und -austritt lassen sich Rückschlüsse auf die Bodenparameter ziehen. Ein TRT dauert oftmals mehrere Tage.

Warum sind diese Geothermie-Tools wichtig?

Die Planung geothermischer Systeme wird, insbesondere in Kombination mit weiteren Quellen zur Regeneration, schnell komplex. Mit den vorgestellten Software-Lösungen können wir diese Komplexität beherrschen und damit die Planungssicherheit erhöhen. Auch eine Optimierung der Anfangsinvestitionen ist möglich, um nachhaltige Wärmeversorgungskonzepte effizient umzusetzen.

Ohne diese Simulations- und Analysewerkzeuge wären geothermische Projekte mit erheblichen Unsicherheiten behaftet. Beispielsweise kann eine fehlerhafte Einschätzung der Wärmeleitfähigkeit des Untergrunds dazu führen, dass ein System nicht die erwartete Leistung erbringt – also unter- oder überdimensioniert wird. Die präzisen Berechnungen unserer Software-Tools sorgen dafür, dass Ressourcen so genutzt werden, dass sie langfristig stabile Systeme zulassen.

Zudem erleichtern diese Tools die Kommunikation mit Stakeholdern, da sie belastbare, visualisierte Daten liefern, die komplexe geothermische Prozesse verständlich machen. Gerade für kommunale Wärmeprojekte sind solche fundierten Entscheidungsgrundlagen essenziell, um wirtschaftlich und ökologisch sinnvolle Lösungen zu vermitteln.

Insbesondere im Bereich der Geothermie und kalten Nahwärme ist die Simulation des Baugrunds essenziell. Hier spielen Bodenbeschaffenheit, Grundwasserströmungen und thermische Langzeiteffekte eine große Rolle. Durch den Einsatz spezialisierter Software stellen wir sicher, dass geothermische Systeme effizient arbeiten und die Umwelt nicht beeinträchtigt wird.

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