Abstract
In überkritischen geothermischen Systemen tiefvulkanischer Gebiete, in denen der Druck 22 MPa und die Temperatur 374°C überschreiten, weist überkritisches Kohlendioxid (CO2) eine höhere Dichte als Wasser auf. Im Kontext der CO2-Injektion und -Speicherung ergibt sich dadurch die Möglichkeit einer absinkenden CO2-Front bei gleichzeitiger Nutzung der in-situ befindlichen geothermischen Fluide als erneuerbare Energiequelle. Nach einem Überblick über laufende Fortschritte bei der Prospektion und Erschließung überkritischer geothermischer Systeme behandelt diese Arbeit umfassende Finite-Elemente-Simulationen des CO2-Transports sowohl in homogenen als auch in frakturierten überkritischen Reservoiren. Zur Erstellung von 3D-Modellen wird das Multiphysik-Simulationsframework MOOSE verwendet. Das Frakturen-Netzwerk selbst wird als diskretes Netzwerk realisiert, basierend auf stochastischen Verteilungen von Parametern, einschließlich Bruchdimensionen, Streich- und Fallwinkel, sowie Bruchdichte. Ein paralleler Simulationsansatz wird angewendet, um den komplizierten Prozess der Gittergenerierung eines einzelnen, kombinierten Modells zu vereinfachen. Statt das 2D-Gitter des diskreten Frakturen-Netzwerks in das 3D-Gitter der Matrix einzubetten, wird die Verwendung von zwei separaten Modellen, die miteinander kommunizieren, demonstriert und angewendet. Darüber hinaus werden die numerischen Auswirkungen dieses Ansatzes diskutiert. Zusätzlich zur phänomenologischen Analyse der CO2-Front wird die Abhängigkeit von der Permeabilität und von Parametern des Frakturen-Netzwerks, insbesondere der Bruchabmessungen und der Größe der Bruchöffnung, untersucht. Weiters wurden die CO2-Durchschlagsdauer und die Temperaturverteilungen innerhalb der Modelle als kritische Faktoren für die geothermische Energieerzeugung untersucht. Es konnte mithilfe der Simulationen gezeigt werden, dass der Effekt des Absinkens von CO2 in Reservoiren hochpermeabler Formationen stärker ausgeprägt ist als in niedrigpermeablen, in denen viskose Kräfte dominieren. Obwohl CO2 auch in Frakturen-Netzwerken dazu neigt, abzusinken, wird die Migration hauptsächlich durch den Netzwerkpfad zur produzierenden Sonde bestimmt und das Wasser gleichmäßig verdrängt. Die Kühlung des Reservoirs war für die untersuchten Fälle auf eine Zone um die injizierende Sonde begrenzt.
Titel in Übersetzung | Modellierung der Injektion und des Absinkens von CO2 in überkritischen geothermischen Systemen |
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Originalsprache | Englisch |
Qualifikation | Dipl.-Ing. |
Gradverleihende Hochschule |
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Betreuer/-in / Berater/-in |
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Datum der Bewilligung | 28 Juni 2024 |
Publikationsstatus | Veröffentlicht - 2024 |
Bibliographische Notiz
nicht gesperrtSchlagwörter
- Überkritisches Wasser
- Überkritisches CO2
- CO2
- Sinkendes CO2
- CCS
- Kohlendioxidabscheidung und -speicherung
- Geothermische Energie
- Diskretes Frakturen-Netzwerk
- Frakturierte Reservoire
- MOOSE
- Überkritische geothermische Reservoire