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Grundwasser

, Volume 20, Issue 4, pp 243–251 | Cite as

Prognosefähigkeit numerischer Erdwärmesondenmodelle

  • Wolfram Rühaak
  • Sarah Steiner
  • Bastian Welsch
  • Ingo Sass
Technische Mitteilung
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Zusammenfassung

Für größere Erdwärmesondenanlagen werden standardmäßig numerische Berechnungen durchgeführt. Anlass sind neben der Dimensionierung (Bestimmung von Anzahl und Tiefe der benötigten Erdwärmesonden) vor allem genehmigungsrechtliche Fragestellungen, bei denen häufig eine möglichst realistische Modellierung gefordert wird.

Eine solche realistische Simulation ist technisch durchführbar, jedoch sehr aufwändig. Ein wichtiger Aspekt, der dabei in den Hintergrund gerät, ist die Quantifizierung der Parameterunsicherheiten aufgrund der natürlichen Heterogenität des geologischen Untergrundes.

Statt nur eine einzelne möglichst realistische Prognoseberechnung durchzuführen, kann die zusätzliche Berechnung von Ensemblemodellen, das heißt einer höheren Anzahl von sinnvoll vereinfachten Modellen, oftmals hilfreich sein. Durch Variation der Untergrundkennwerte im Bereich der vermuteten Unsicherheiten können Prognoseunsicherheiten bestimmt und dem Planer sowie dem Gutachter damit wichtige Zusatzinformationen zur Verfügung gestellt werden.

Uncertainty in numerical models of borehole heat exchangers

Abstract

Large installations of borehole heat exchangers (BHEs) typically require numerical modeling. A reasonable system dimensioning (number and depth of BHEs) has to be found and regulatory requirements (minimizing environmental impact and avoiding competitive usage) have to be met. In the latter case, highly realistic models are typically demanded. Such realistic models are technically possible, but very laborious. One important issue, which is often neglected, is the quantification of parameter uncertainties due to heterogeneity of the geological subsurface.

Instead of a single forecast model, the additional computation of so-called ensemble models, i.e. a larger number of more simplified models, should be considered. By varying the relevant characteristics of the subsurface within the range of uncertainty, the quality of the forecast can be estimated, and the system designer can obtain valuable additional information.

Keywords

Numerical modeling Heat transport Borehole heat exchanger Uncertainty Ensemble modeling 

Notes

Danksagung

Diese Arbeit ist eingebunden in die Aktivitäten der DFG-Exzellenzinitiative der Darmstädter Exzellenz-Graduiertenschule für Energiewissenschaft und Energietechnik (GSC 1070).

Die hier dargestellten Ergebnisse entstammen teilweise Aktivitäten, gefördert über das Forschungsprojekt „Simulation und Evaluierung von Kopplungs- und Speicherkonzepten regenerativer Energieformen zur Heizwärmeversorgung“. Dieses Projekt (HA Projekt-Nr. 375/13–14) wird im Rahmen von „Hessen ModellProjekte“ aus Mitteln der Energietechnologieoffensive Hessen – Projektförderung in den Bereichen Energieerzeugung, Energiespeicherung, Energietransport und Energieeffizienz gefördert.

Wir bedanken uns bei der HEAG Südhessische Energie AG (HSE) und dem Hessischen Landesamt für Umwelt und Geologie (HLUG) für die Breitstellung der Daten.

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Copyright information

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2015

Authors and Affiliations

  • Wolfram Rühaak
    • 1
    • 2
  • Sarah Steiner
    • 1
    • 3
  • Bastian Welsch
    • 1
    • 2
  • Ingo Sass
    • 1
    • 2
  1. 1.Darmstädter Exzellenz Graduiertenschule für Energiewissenschaft und EnergietechnikDarmstadtDeutschland
  2. 2.Institut für Angewandte Geowissenschaften, Fachgebiet Angewandte GeothermieTechnische Universität DarmstadtDarmstadtDeutschland
  3. 3.Institut für MassivbauTechnische Universität DarmstadtDarmstadtDeutschland

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