Die Auslegung von Bohrlochfeldern erfolgt in der Regel anhand des Temperaturprofils des Systems. Dies ist zwar recht einfach zu interpretieren, lässt aber einige wichtige Informationen für die Auslegung aus. Heute stellen wir Konturdiagramme und Karten in GHEtool Cloud vor, die diese Lücke schließen und Sie bei der Planung von Bohrlochfeldern mit noch mehr Vertrauen unterstützen können!
Konturdiagramme
Temperaturprofile sind eine gute Möglichkeit, um zu zeigen, wie sich die Temperatur der Flüssigkeit und der Bohrlochwand eines Systems im Laufe der Zeit entwickelt. Vor allem bei der Arbeit mit stündlichen Daten können Sie aus diesen Diagrammen eine ganze Menge Informationen gewinnen. Sie sagen jedoch nicht alles aus, denn die Temperatur im Boden ist nicht überall konstant und hängt stark von der Konfiguration des Bohrlochs und dem Ungleichgewicht ab. Mit der Einführung von Konturdiagrammen können wir dies sichtbar machen.
Um dies zu verdeutlichen, betrachten Sie das folgende Temperaturprofil.
Hier gibt es ein ziemlich großes Ungleichgewicht, das den Boden Jahr für Jahr abkühlt. Die unten angegebenen Temperaturen sind jedoch alle Durchschnittstemperaturen, wobei die Bohrlochwandtemperatur der Durchschnitt aller Bohrlöcher ist. Um einen besseren räumlichen Einblick zu erhalten, sehen wir uns den entsprechenden Konturplan dieses Bohrlochs an.
!Hinweis
Sie können in GHEtool Cloud ein Konturdiagramm erstellen, indem Sie in den zielspezifischen Einstellungen auf die Registerkarte ‘Allgemein’ gehen. Diese Darstellungen sind für alle Ziele außer der TRT-Analyse verfügbar.
Das obige Konturdiagramm zeigt eine zweidimensionale Temperaturverteilung im Boden, sowohl innerhalb als auch außerhalb des Bohrfeldes nach n Jahren, in diesem Fall 25. Bei den Konturen handelt es sich um isotherme Linien, bei denen die Temperatur um eine bestimmte Gradzahl gegenüber der ursprünglichen, ungestörten Bodentemperatur abnimmt. Das Ungleichgewicht ist auch in dieser grafischen Darstellung deutlich sichtbar, da alle Konturlinien negativ sind, was auf die allgemeine Abkühlung des Bodens hinweist.
Außerdem ist zu erkennen, dass die Temperaturdrift nicht überall gleich ist, wie sowohl die Isothermenlinien als auch der Temperaturgradient zeigen. Die Mitte des Bohrlochfeldes ist dunkler blau gefärbt, was auf eine stärkere Temperaturstörung hinweist, während die äußeren Regionen des Bohrlochfeldes weniger stark abgekühlt sind. Außerhalb des Bohrfeldes ist in diesem Fall in 30 m Entfernung eine Temperaturstörung von -1°C zu erwarten.
Diese räumliche Darstellung gibt auch Aufschluss darüber, wie Interferenzen zwischen benachbarten Systemen zu interpretieren sind, wie im Folgenden erläutert wird.
!Hinweis
Diese Konturlinien sind eine Schätzung der Realität, da sie nur eine zweidimensionale Darstellung eines rein leitfähigen Systems sind. Sie werden erstellt, indem das Ungleichgewicht des Systems auf die verschiedenen Bohrungen verteilt wird. Da nicht alle Bohrlöcher den gleichen Beitrag zur thermischen Wechselwirkung leisten, wie erörtert letztes Mal, wird das Ungleichgewicht, das durch bestimmte Bohrungen verursacht wird, stärker ausgeprägt sein. Unter der Annahme einer unendlichen Linienquelle und der Summierung aller Beiträge der verschiedenen Bohrungen ergeben sich schließlich diese Diagramme.
Konturdiagramme und Interferenzen
Da Konturdiagramme eine hervorragende Möglichkeit sind, die Temperaturverteilung innerhalb und außerhalb des Bohrlochs darzustellen, können sie helfen, die thermischen Interferenzen zwischen verschiedenen Bohrlöchern zu visualisieren. Bisher wurde diese thermische Interferenz, wie bereits erwähnt hier, wurde numerisch ausgedrückt, um den langfristigen Temperatureinfluss von einem Bohrlochfeld auf ein anderes zu quantifizieren. Mit Hilfe dieser Diagramme wird diese Interferenz sichtbar, wie unten dargestellt.
In der obigen Grafik wird deutlich, dass sich die individuelle Unausgewogenheit jedes einzelnen Bohrlochs auf die benachbarten Bohrlöcher ausdehnt und einen kollektiven Temperatureinfluss erzeugt. Natürlich ist die Temperaturstörung innerhalb der Bohrfelder selbst am größten, aber im Laufe der Jahre breitet sich dieser Einfluss aus. Dies wird deutlich, wenn man das obige Bild nach 25 Jahren mit der Situation nach nur einem Jahr des Ungleichgewichts vergleicht.
Nach nur einem Jahr ist die Interferenz weit weniger ausgeprägt, da die Interferenz zwischen dem oberen linken Bohrfeld und dem unteren fast vernachlässigbar ist. Aufgrund des jährlichen Ungleichgewichts wächst dieser Einflussbereich im Laufe der Jahre, wodurch die thermische Interaktion zwischen den verschiedenen Systemen zunimmt. Dies kann auch in GHEtool Cloud visualisiert werden, wo es möglich ist, die Konturdiagramme für jedes Jahr des Simulationszeitraums zu animieren. Im Folgenden wird dies für die oben beschriebene Situation der thermischen Interferenz getan.
Konturplots und Bohrlochkonfiguration
Neben der Visualisierung der Interferenzen zwischen verschiedenen Bohrfeldern können uns Konturdiagramme auch helfen, die Bedeutung der Bohrfeldkonfiguration beim Umgang mit Ungleichgewichten zu verstehen. Früher, als wir über den Umgang mit Ungleichgewichten sprachen (lesen Sie den Artikel hier) oder bei der Einführung von g-functions (lesen Sie den Artikel hier) wurde immer wieder darauf hingewiesen, dass eine Vergrößerung der Abstände zwischen den Bohrlöchern sowie die Anordnung der Bohrfelder in einer Linie besser für das langfristige Verhalten des Systems ist. Mit Hilfe von Konturplots kann dies nun visualisiert werden.
Unten ist das Konturdiagramm für ein System mit einem signifikanten negativen Ungleichgewicht dargestellt, sowohl für ein Bohrlochfeld mit 9 Bohrlöchern von 130 m in einer Linie als auch in einem Raster von 3 × 3.
Vergleicht man die beiden Konturen nebeneinander, so wird deutlich, dass die Kälte im Inneren des Bohrlochfeldes stärker eingeschlossen ist, wenn die Bohrungen auf einem rechteckigen Raster angeordnet sind. Die Temperatur im Inneren des Bohrlochs sinkt nach 25 Jahren auf -5,3 °C im Vergleich zur ungestörten Bodentemperatur, während die Temperatur im Falle einer Linie nur um 4 °C sinkt. Dies zeigt erneut, wie wichtig die Konfiguration des Bohrlochs ist, und ist besonders nützlich, wenn es um unregelmäßige Konfigurationen geht.
Konturplot eines Bohrfeldes mit 3×3 Bohrlöchern.
!Hinweis
Wenn Sie mit der Maus über das Diagramm fahren, können Sie die Temperaturstörung an diesem bestimmten Ort sehen. Wenn Sie eine Sonde auswählen, können Sie ihren Beitrag zum Gesamtungleichgewicht des Sondenfeldes sehen. Im obigen Fall hat die Bohrung in der Mitte eine deutlich geringere spezifische Wärmeentnahme als die Bohrungen am Rand oder in den Ecken. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Temperatur in der Umgebung dieser inneren Bohrung bereits niedriger ist, was die Entzugsmöglichkeiten einschränkt.
Karten
Eine zweite Neuerung, die Ihnen die Gestaltung Ihrer Bohrfelder erleichtern kann, ist die Möglichkeit, Ihre Koordinaten direkt auf einer Karte zu platzieren. Ab heute haben Sie bei der Arbeit mit benutzerdefinierten Bohrlochkonfigurationen die Möglichkeit, eine Karte als Hintergrund zu wählen, wie unten gezeigt.
Wenn Sie in GHEtool mit Koordinaten arbeiten, können Sie entweder Ihr eigenes, lokal definiertes Bezugssystem verwenden, das zum Beispiel bei (0,0) beginnt, oder ein nationales Koordinatensystem. In jedem Fall müssen Sie Ihr lokales Koordinatensystem auf der Karte abbilden. Sie wählen also einfach einen Punkt auf der Karte aus und beziehen ihn auf die Koordinate, die Ihrem eigenen Koordinatensystem entspricht. Im obigen Fall überschneidet sich der schwarze gelbe Punkt mit dem (0,0)-Punkt des vorliegenden Koordinatensystems. Sie erhalten dann die unten stehende Abbildung.
Jetzt können Sie Koordinaten einfach per Drag & Drop an die richtige Stelle ziehen und neue Bohrlöcher entweder durch Rechtsklick oder Doppelklick hinzufügen. Auf diese Weise wird die Gestaltung Ihrer Bohrlochkonfiguration einfacher als je zuvor.
Ein weiterer Vorteil der Arbeit mit einer Hintergrundkarte für Ihre Bohrfelder besteht darin, dass Ihre Konturdiagramme nun über diesen Karten angezeigt werden. Dies macht es noch einfacher, die thermische Interaktion mit den umgebenden Systemen zu bewerten, wie unten dargestellt.
!Hinweis
Man kann die Interferenzberechnung auch auf einer Karte einzeichnen, aber auch hier sollte der Bezugspunkt genau gesetzt werden, damit das Bohrlochfeld an der richtigen Stelle eingezeichnet wird.
Fazit
Mit der Einführung von Konturplots wird es einfacher, einen Einblick in das langfristige thermische Verhalten Ihres geothermischen Systems zu erhalten, sowohl innerhalb als auch außerhalb Ihres Bohrfeldes. Es kann Ihnen helfen, die thermischen Interferenzen zwischen benachbarten Systemen zu verstehen und zu visualisieren, aber auch die Bedeutung der Bohrfeldkonfiguration selbst zu verdeutlichen. Diese Funktion in Kombination mit der neuen Kartenfunktionalität in GHEtool ermöglicht Ihnen eine einfachere und sicherere Planung von Sondenfeldern!
Literaturverzeichnis
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