Mobile Messungen für Thermalwasser

Geothermie als regenerative Energiequelle erfährt durch die Energiewende ein steigendes Interesse. Das Prinzip: Erdwärme, etwa in Form von Thermalwasser, wird entweder direkt zu Heizzwecken genutzt oder zur Stromerzeugung verwendet. Bereits vor dem Bau eines Geothermiekraftwerks muss das lokale Thermalwasser untersucht und dessen Eigenschaften bestimmt werden, da Effizienz und Größe der Anlage wesentlich vom Wärmeinhalt des Wassers abhängen.

Stand der Technik

Um diesen Wärmeinhalt berechnen zu können, müssen die thermodynamischen Stoffeigenschaften des Thermalwassers bekannt sein – insbesondere die spezifische, isobare Wärmekapazität. Ein zum Teil hoher Salz- und Gasgehalt des Wassers erschwert die Vorhersagbarkeit dieser Größen. Proben können bislang nur im Labor analysiert werden. Durch die Probenahme vor Ort und den Transport wird das Thermalwasser jedoch druckentlastet und abgekühlt, wodurch sich die Zusammensetzung des Wassers und folglich auch die thermodynamischen Stoffeigenschaften verändern.

Technologie

Wissenschaftler am Institut für Kern- und Energietechnik (IKET) des KIT haben daher ein Fluidkalorimeter entwickelt, welches Thermalwässer bis 170 Grad Celsius direkt vor Ort analysieren kann. Regelmäßige Überprüfungen des Wassers sind so ohne weiteres auch im laufenden Betrieb der Geothermieanlage möglich. Das Kalorimeter wird dabei als mobiler Prüfstand über einen „Bypass“ direkt an das Kraftwerksnetz gekoppelt: Das Thermalwasser wird unmittelbar aus der Anlage in das Strömungsrohr des Kalorimeters geleitet. Hier passiert es Temperatursonden am Rohrein- und austritt sowie einen Ohm’schen Heizer. Anhand der zugeführten Wärmemenge des Heizers und der Temperaturdifferenz der Sonden lässt sich bei bekanntem Fluidmassenstrom die Wärmekapazität bestimmen. Das Kalorimeter gewährleistet hierbei die Druckhaltung von bis zu 30 bar und kompensiert Wärmeverluste.

Vorteile

Die Ergänzung des Prüfstands um weitere Messgeräte ist möglich, um zusätzlich Viskosität und Dichte zu bestimmen. So eignet sich der mobile Prüfstand für umfassende Messkampagnen zur Bestimmung der Stoffgrößen von Thermalwasser und anderen Flüssigkeiten.

Optionen für Unternehmen

Das KIT sucht Industriepartner, um das Fluidkalorimeter als eigenständiges Messgerät für eine kundenfreundliche Nutzung weiterzuentwickeln.