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Geothermie im Institut für Angewandte Informatik (IAI)

Der Oberrheingraben zwischen Basel und Mainz ist eine sehr viel versprechende Region in Deutschland für die tiefe Geothermie. Hier am Campus Nord des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) werden Temperaturen erwartet, die deutlich höher liegen als in anderen Gebieten.

 

Als Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft arbeitet das KIT eng mit dem Umweltforschungszentrum Leipzig und mit dem Geoforschungszentrum Potsdam zusammen. Gemeinsam mit diesen Partnern können so Kompetenzen gebündelt und Expertisen auf allen Gebieten der Forschung zur tiefen Geothermie dargestellt werden.

 

Im Karlsruhe Institut für Technologie werden die Arbeiten von Universität Karlsruhe und Forschungszentrum Karlsruhe im KIT-Zentrum Energie und im Landesforschungszentrum Geothermie koordiniert. Hier kann auf zahlreiche und langjährige Erfahrung in verschiedenen Disziplinen zurückgegriffen werden, um aktuelle Fragestellungen zu Geothermie, Geologie, Systemanalyse und Energietechnik zu beantworten.

 

In der Region wurden wegweisende Geothermieprojekte mit Vorzeigecharakter durchgeführt. So wurde das erste HDR-Kraftwerk in Soultz-sous-Forets im elsässischen Teil des Oberrheingrabens erfolgreich in Betrieb genommen. Mit den Geothermiekraftwerken in Landau und Bruchsal sind Kraftwerke zur Stromerzeugung mit ORC- und Kalina-Verfahren in der Region vertreten.

 

Diese einzigartigen geologischen Voraussetzungen und die enge Verflechtung mit Forschungseinrichtungen und Industrie stellen das Fundament für die Forschungsarbeiten dar.

 

Das Institut für Angewandte Informatik hat es sich zur Aufgabe gemacht, die folgenden Aspekte der Geothermie genauer zu untersuchen.

 

 

 

Semantische Datenmodelle für die Geothermie

Standardisierte semantische Datenmodelle erleichtern die System-Interoperabilität und unterstützen die Akteurs-Kooperation. In den zurückliegenden Jahren wurden für viele Anwendungsgebiete mächtige Standards entworfen und eingeführt. Das Institut für Angewandte Informatik ist in mehreren Organisationen zur Weiterentwicklung der Modelle IFC (Industry Foundation Classes, Architektur), CityGML (Stadtplanung), XPlanGML (Bauleitplanung) und in der OGC (Open Geospatial Consortium) stark engagiert. Offensichtlich sind Architektur, Stadtplanung und Bauleitplanung thematisch eng verwandt. Ein Gebäude braucht einen Bauplatz und wird Teil des Stadtmodells. Dabei kommen unterschiedliche semantische Datenmodelle mit unterschiedlichem Informationsgehalt zum Tragen. Der Übergang wird durch Modell-Transformatoren realisiert, die am Institut entwickelt werden. Da auf Stadtebene der Detailreichtum des Einzelgebäudes zwangsläufig abnehmen muss, ist eine solche Transformation mit einem Informationsverlust verbunden.

 

Die Geothermie schließt die genannten Anwendungsfelder ein. Beispielsweise müssen Fernwärmenetze auf Stadtebene geplant werden. Außerdem sollten u.a. die semantischen Datenmodelle GeoSciML (Geologie) und WITSML (Bohrtechnologie) betrachtet werden. Zur Berücksichtigung der Belange der Geothermie wird eine enge Kooperation mit den Entwicklern dieser Modelle angestrebt. Wegen der nicht zu beherrschenden Komplexität wird es kein spezifisches Geothermie-Datenmodell geben, das alle Detaildaten einheitlich erfasst. Vielmehr wird es darauf ankommen, verschiedene existierende Standards innerhalb einer Applikation zu beherrschen. Mit dem IfcExplorer wurde bereits eine Software vorgestellt, die diesem Anspruch ansatzweise gerecht wird. Bei der künftigen Entwicklung werden standardisierbare Methoden gesucht, welche die verschiedenen Modelle, die sich teilweise überschneiden, manchmal berühren, gelegentlich aber auch Lücken offen lassen, korrekt verbinden. Die Summe aus den semantischen Modellen einzelner Anwendungsgebiete und diesen neuen Methoden ist die Basis für das "Geothermal Performance Modelling" (s. Abb. 1), das einen einfachen Zugriff auf die gesamte vorliegende Information gewährleisten wird.

Abb. 1: Geothermal Performance Modelling als Tor zu umfassender Information, sowie Basis ganzheitlicher Betrachtungen und Optimierungen

Geothermal Performance Modelling

Baukasten für geothermische Bohrlochsonden

In der Öl- und Gasindustrie werden seit vielen Jahrzehnten unterschiedlichste Sonden und Werkzeuge, häufig unter den Stichwörtern MWD und LWD (Measuring while Drilling und Logging while Drilling), aber auch für so genannte Fishing-Operationen eingesetzt, bei denen im Bohrloch verloren gegangene Teile geborgen werden sollen. Bei der Geothermie stoßen diese "Tools" sehr oft an technische Grenzen, weil die tiefe Geothermie in größere Teufen zu höheren Drücken und deutlich höheren Temperaturen vordringt.


Mit dem an eine frühere Entwicklung (s. Abb. 2) angelehnten Baukasten für geothermische Bohrlochsonden wird versucht, eine Entwicklungsplattform (s. Abb. 3) bereitzustellen, die es kommerziellen Betreibern und der Wissenschaft erleichtern soll, für spezielle Fragestellungen rasch und zu überschaubaren Kosten neue Messsonden oder Werkzeuge zu entwickeln. Beispiele hierfür könnten eine bildgebende Inspektionssonde oder ein Werkzeug zur Entnahme von Abstrichen im Bohrloch sein.

Weitere Information

Abb. 2: AROBIS-Altlastenroboter vor Einsatz in Horizontalbohrung

AROBIS
Abb. 3: Systemmodule des Baukastens für geothermische Bohrlochsonden
Systemmodule