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12 | 2012

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Technik &Management

Technik &Management Erneuerbare Energien Korrosion in geothermischen Anlagen Geothermie kann viel stärker als bisher zur Energieversorgung in Deutschland beitragen. Dafür werden weiterentwickelte, speziell auf Geothermie und ihre meist sehr salzhaltigen Wässer angepasste Technologien benötigt. Ein Ziel ist dabei, Korrosion an Rohren, Pumpen und Wärmeüberträgern möglichst kostengünstig zuvermeiden. Imgeothermischen Forschungslabor Groß Schönebeck werden unter anderem Korrosionsprozesse, die Zusammensetzung der Tiefenwässer und Materialeigenschaften grundlegend erforscht, umstandortunabhängige Empfehlungen zu erarbeiten. Uwe Milles Das Deutsche GeoForschungsZentrum (GFZ) in Potsdam führtander Anlage Groß Schönebeck, im Teilprojekt zur Korrosion gemeinsam mit der Bundesanstalt für Materialforschung (BAM) und der Schmidt + Clemens GmbH +Co. KG Untersuchungen zur geothermisch angewandten Grundlagenforschung durch. Ander Anlage werden Ergebnisse aus Laborversuchen auf eine reale Geothermieanlage(in situ Labor)übertragen. Durch die Lage in einemSedimentbeckenbei einemdurchschnittlichen geothermischen Gradienten(etwa 30 °C proKilometer) und einem hohen Salzgehalt bietet Groß Schönebeck Bedingungen, die für viele Geothermiestandorte in Deutschland repräsentativ sind. Tiefe Geothermieanlagen in Nordund Südwestdeutschland, sowohl hydrothermale wie auch petrothermale, verarbeiten oft sehr salzhaltige Wässer. Die Anlagen nutzen natürliche Thermalwasservorkommen, die in heißen Gesteinsschichtengespeichertsindund aufgrund vorhandener oder erzeugter Risssysteme gefördert werden können. Für einen verlässlichen und wirtschaftlichen Betrieb einer Geothermieanlage isteswichtig, die Zusammensetzung der Fluide genau zu kennen, um die möglichen physikalischen und chemischen Fluid-Material-Wechselwirkungen abschätzen zu können. Diesewerdenetwa durch sinkende Temperaturen auf dem Weg vom Reservoir in den oberirdischenAnlagenteil sowie durch die Wärmeentnahme beeinflusst. Für alle Metallkomponenten in geothermischen Anlagenbedeuten hohe SalzkonzentrationeninKombination mit hohen Temperaturen, hohem Druck und gelösten Gasenein erheblichesKorrosionsrisiko. Das Projekt wird zum Abschluss einen fluidspezifischen undstandortabhängigen Materialeinsatzkatalog erarbeiten. Dabei werden auch wirtschaftliche Aspekte berücksichtigt. 44 UmweltMagazin Dezember 2012

Teststrecke für Korrosionsuntersuchungen und -monitoring Fluidmonitoring Fluidesind komplexe Mehrstoffgemische, deren Zusammensetzung unter anderem vomGestein und denFließwegeninder Tiefeabhängen. An denAnlagenteilen, die mit diesem Thermalwasser in Berührung kommen, beeinflussen eine Vielzahl vonInhaltsstoffenund Parametern die Fluid-Material-Wechselwirkungen: der Salzgehalt insgesamt und der Anteil einzelner Salze, der Sauerstoffgehalt,die gelöstenGase, derGehalt an weiteren Partikeln, deren Korngröße und mineralogische Zusammensetzung sowie Temperatur, pH-Wert, Dichte, Druck, das Redoxpotenzial, der Volumenstrom und die Leitfähigkeit. Manche Größen sind betriebsabhängig Schwankungenunterworfen, weil es innerhalb des Thermalwasserkreislaufs in der Anlage, etwa durch die Wärmeentnahme und damit die Abkühlung des Fluids von 150auf 70 °C sowie den abnehmenden Druck, zu Ausfällungen oder Entgasungen kommenkann. Durch ein neues Pumpeneinbausystem in1200 Meter Tiefe besteht die Möglichkeit, alle relevanten untertägigen Parameter während des laufenden Betriebs zu messen. Zusätzlich wurde am GeoForschungsZentrum ein mobiles Fluidmonitoringsystem (FluMo) Korrosion in Geothermieanlagen entwickelt, das die chemischen und physikalischen Eigenschaften desThermalwasserserfasstund einsatznah speichert (Online-Monitoring). Parallel ist ein Gasmonitoringsystem installiert, das die gaschromatographische und massenspektrometrische Online-Messung der mitgeförderten Gase ermöglicht. In Verbindung mit ergänzenden Laborexperimenten lassen sich sodie ProzesseimReservoir und denBohrungen sowie die chemischen Material- Fluid-Wechselwirkungen in den obertägigen Installationenbesserverstehen. Das ist ein Beitrag, um bei künftigen Projekten korrosionssichere Komponenten standortspezifisch auswählen zu können. Korrosion und Materialqualifizierung Durch Korrosion verschleißen Komponenten schneller und die dadurch frei gesetzten Partikel können zuAblagerungen und Abrieb führen. Dies beeinträchtigt die Zuverlässigkeit von Komponenten wie Pumpen und Wärmeüberträgern und verursacht Wartungsarbeiten, Produktionsausfälle und Reparaturkosten. In Groß Schönebeck werden Bauteile und definierte Materialproben, etwa aus einfachen, hochfes- Die bekannteste Form der Korrosion ist das Rosten von Eisen. Das dabei entstehende Eisenoxid ist porös und beschleunigt durch die Zunahme an Masse und Volumen die Materialzersetzung. Allgemein bedeutet Korrosion, dass ein Werkstoff mit seiner Umgebung reagiert und sich dabei die Materialeigenschaften ändern. Dies beeinträchtigt meistens auch die Funktionalität des Materials. ten C-Stählen, weiteren Stahlsorten sowie Nickelbasis- und Titanlegierungen auf ihre Korrosionsbeständigkeit getestetsowie präventive, aktive und passive Verfahren des Korrosionsschutzes erprobt. Das Fluidmonitoringsystem (FluMo) Dabei werden Ergebnisseaus früheren Laboruntersuchungen direkt in der Geothermieanlage über mehrere Monate einem Praxistest unterzogen, bis sich ein Gleichgewicht der Oberflächenreaktioneneingestellt hat. DieUntersuchungen erfolgen alsounterrealen Betriebsbedingungen mit wechselnden Voll- und Teillastphasen.In1200 Meter Tiefe, unter der Förderpumpe, ist eine Korrosionszelle eingebaut, in der Werkstoffe unter den Bedingungen der Tiefe getestet werden. Oberirdisch sind im Thermalwasserkreislauf Bypässe aus unterschiedlichenMaterialienverschiede- UmweltMagazin Dezember 2012 45

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