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Kenngrößen für die Planung der Wärmezufuhr und –abfuhr geothermischer Binär-Kraftwerke

Frick, Stephanie

For the realization of efficient geothermal binary power plants, it is important not only to consider the power plant cycle, but also heat supply and the power plant cooling as components of the overall system. Especially in case of the use of deep hydrothermal reservoirs are used and forced-air cooling systems (dry-cooled condenser or open wet cooling tower), the overall system context must be considered when determining the thermal water mass flow, the cooling system and the condensation temperature, which are usually defined early in the planning stage. In principle, the overall system of geothermal binary power plants can be modelled. However, for the modelling of the overall system, a large amount of data is required, some of which is only available with great uncertainties, especially in case of deep reservoirs. In addition, comparing different process designs and technical options using an overall system model is time-consuming. In the present work, suitable key parameters are developed for the point of maximum net power output and, based on the calculation bases, simple (partly) analytical calculation models are derived in order to estimate both the auxiliary power for thermal water circulation and the power plant cooling as well as the optimal thermal water mass flow and the optimal condensation temperature with possibly little effort.
Für die Realisierung effizienter geothermischer Binär-Kraftwerke ist es im Rahmen der Auslegung wichtig, nicht nur den Kraftwerkskreislauf zu berücksichtigen, sondern auch die Wärmezufuhr und die Kraftwerkskühlung als wesentliche Bestandteile des Gesamtsystems zu sehen. Insbesondere wenn tiefe hydrothermale Reservoire genutzt werden und zwangsbelüftete Kühlsysteme (trockengekühlter Kondensator oder offener Nasskühlturm) zum Einsatz kommen, ist bei der Festlegung des Thermalwassermassenstroms, des Kühlsystems und der Kondensationstemperatur, welche meist frühzeitig in der Planung erfolgen, der Gesamtsystemkontext zu beachten. Prinzipiell kann das Gesamtsystem geothermischer Binär-Kraftwerke modelltechnisch abgebildet werden. Allerdings wird für die Gesamtsystemmodellierung eine Vielzahl von Daten benötigt, welche vor allem im Hinblick auf tiefe Reservoire zum Teil nur mit großen Unsicherheiten behaftet zur Verfügung stehen. Zudem ist die Prüfung verschiedener Prozessauslegungen und technischer Optionen mit Hilfe eines Gesamtsystemmodells aufwendig. In der vorliegenden Arbeit werden daher geeignete Kenngrößen für den Punkt der maximalen Nettoleistung entwickelt und auf Basis der Berechnungsgrundlagen einfache (teil-)analytische Berechnungsansätze abgeleitet, um sowohl den Eigenbedarf für die Thermalwasserzirkulation und die Kraftwerkskühlung als auch den optimalen Thermalwassermassenstrom und die optimale Kondensationstemperatur mit möglichst wenig Aufwand abschätzen zu können.