ANtLiA – Awendungsbezogene Weiterentwicklung von Tauchkreiselpumpen und Line Shaft Pumpen in geothermischen Anlagen

Die anhaltende Energie- und Klimakrise verdeutlichen die Notwendigkeit weiterer Alternativen zu den konventionellen Energieerzeugern, um eine unabhängige, nationale Sicherung von Strom und vor allem Wärme zu gewährleisten. Gleichzeitig erhöhen der Klimawandel und die Ressourcenknappheit den Druck bei der Suche nach Alternativen. Die Geothermie stellt dabei eine starke umwelt- und klimafreundliche Alternative zur fossilen Energie dar, die ein enormes Potential birgt. Sie bildet eine wesentliche Komponente bei der Umsetzung der Energie- und Wärmewende.

Zur langfristigen Nutzung der Erdwärme sind in der Geothermie verlässliche und wirtschaftliche Pumpensysteme erforderlich, welche das Thermalwasser aus der Tiefe an die Oberfläche befördern. In der Geothermie werden bisher zwei unterschiedliche am Markt vertretene Pumpentechnologien verfolgt und eingesetzt:

  • Gestängepumpen (engl. Line Shaft Pumps (LSP)),
  • Tauchkreiselpumpen (engl. Electrical Submersible Pumps (ESP))

Die ESP-Pumpensysteme stammen meist aus der Öl- und Gasindustrie, während die LSP-Technologie eher aus der Land- und Wasserwirtschaft kommt. Beide Pumpensysteme haben heute einen hohen Entwicklungsstand. Allerdings weisen beide Systeme unter den Bedingungen der (tiefen) Geothermie inhärente Mängel auf, welche u.a. einen wirtschaftlichen Einsatz und teilweise die Versorgungs-sicherheit gefährden. Der Entwicklungsstand derzeitiger Pumpensysteme stellt damit die Achillesferse einer Geothermieanlage dar.

Zielsetzung

Das Projekt ANtLiA (lat. »Pumpe«) hat daher zum Ziel, die aktuell erfolgsbegrenzenden Faktoren zu verbessern, um Standzeiten von geothermischen Pumpensystemen zu erhöhen, deren Umweltauswirkungen zu minimieren und damit die Wirtschaftlichkeit von geothermischen Projekten und die Versorgungssicherheit signifikant zu verbessern.

Der ambitionierte Arbeitsplan umfasst u.a. folgende Themen:  

  • ausführliche Datenerhebung und Analyse zur Verbesserung des Verständnisses für Ausfälle von Geothermie-Pumpensystemen (LSP und ESP) und Pumpenmotoren (ESP) inklusive der Klassifizierung und Gewichtung der Ausfallursachen und mögliche prädiktive Wartungsmöglichkeiten.
  • Weiterentwicklung der LSP-Systeme:
    • Test eines neuartigen Überwachungssystems für LSPs und optimierte Betriebsführung durch ein verbessertes Verständnis des Pumpenbetriebes.
    • Untersuchung eines alternativen (aromatenfreien) Schmiermittels, um einen Einsatz von LSPs auch in Regionen in Deutschland zu ermöglichen, die erhöhte rechtliche sowie umweltrelevante Anforderungen an den Betrieb von LSPs stellen.
    • Entwurf, Bau, Test und Überwachung eines Ölrückführungssystems für LSPs zur Verhinderung eines Ölaustritts in den Ringraum.
    • Design, Bau und Betrieb eines Teststandes zur Erprobung des Ölrückführsystems für LSPs.
    • Evaluation und technische Planung für einen LSP-Einsatz in der Bayerischen Molasse unter Berücksichtigung der Einbautiefe; Vergleich mit ESP-Systemen bei vergleichbarer Förderrate, sowie Ermittlung der genehmigungsrechtlichen Zulässigkeit mit dem Ziel des Testbetriebes.
  • Weiterentwicklung ESP-Systeme:
    • Empfehlungen für systematische konstruktive Verbesserungen an existierenden ESP-Pumpensystemen und der Betriebsführung zur Erhöhung der Effizienz, Flexibilität und Zuverlässigkeit von Geothermie-Pumpensystemen.
    • Gezieltes Design, Prototypenbau und Test von optimierten Komponenten für ESPs zur Erhöhung der Effizienz, Flexibilität und Zuverlässigkeit (Standzeit).
  • Betriebswirtschaftliche Analyse der vorgeschlagenen Verbesserungen und Präsentation der Ergebnisse im Rahmen von »Stakeholdermeetings« (Hersteller, Betreiber, Versicherer).
  • Visualisierung der Technologieoptionen für technische Laien (ESP/LSP-Betrieb).
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ANtLiA – Awendungsbezogene Weiterentwicklung von Tauchkreiselpumpen und Line Shaft Pumpen in geothermischen Anlagen
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