Energieeffiziente Grundwassergewinnung (NEXUS)
Land / Region: Weltweit
Projektanfang: 01.08.2016
Projektende: 31.12.2018
Projektstand: 31.12.2018
Brunnenverkehr
Im Rahmen der Energiewende kommt der Steigerung der Energieeffizienz eine entscheidende Bedeutung zu. Dies betrifft auch die Wasserversorgung, die in Deutschland und vielen anderen Ländern überwiegend aus dem Grundwasser erfolgt. Die Optimierung der Hydraulik von Vertikal- und Horizontalbrunnen sowie der zugehörigen technischen Baugruppen (z. B. Rohrleitungen) ist daher ein entscheidender Faktor zur Reduzierung des Energieverbrauchs.
Ziel des Projektes war es, die einzelnen Komponenten des Systems Grundwasserleiter-Brunnen-Rohrleitung zu identifizieren und ihre Beiträge zum Energieverbrauch zu quantifizieren. Neben analytischen und numerischen Modellberechnungen sowie experimentellen Untersuchungen im Labor wurden auch Felddaten (z. B. Leistungspumpversuche, Durchflussmessungen etc.) aus realen Brunnen herangezogen.
Druckverluste am Vertikalfilterbrunnen
Eines der Hauptprobleme beim Betrieb von Brunnen ist deren Alterung, die hauptsächlich durch die Ausfällung von durchlässigkeitsmindernden Mineralphasen, häufig Eisen- und Manganoxide, verursacht wird (Verockerung). Die räumliche Verteilung der Ablagerungen im Brunnen ist oft ungleichmäßig und schwer vorhersagbar. In Zusammenarbeit mit dem Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik (LIAG) wurde ein Verfahren zur Abschätzung des Verockerungsgrades von Brunnen und des Regenerierungserfolges auf der Basis von Bohrloch-Kernspinresonanz(NMR)-Messungen entwickelt. Neben Messungen im Versuchsstand wurden auch Feldmessungen durchgeführt.
Im Einzelnen wurden folgende Aktivitäten und Produkte realisiert:
- Experimentelle Untersuchungen zur Brunnenhydraulik, z. B. zur Bildung von Skin-Schichten (wellbore skin)
- Nachweis der Eignung von NMR-Bohrlochmessungen für die Lokalisierung von Verockerungszonen
- Untersuchung der Eignung von Beschichtungen zur Verhinderung von durchlässigkeitsmindernden Brunneninkrustationen
- Weiterentwicklung der Modellsoftware WellDesigner zur Berechnung und Optimierung der Eintrittsverluste von Vertikalfilterbrunnen
- Weiterentwicklung der Modellsoftware HORI zur Berechnung der Hydraulik von Horizontallfilterbrunnen
Benutzeroberfläche der Modellsoftware WellDesigner zur Berechnung und Optimierung der Eintrittsverluste von Vertikalfilterbrunnen
Quelle: BGR
Die Ergebnisse ermöglichen eine Optimierung der Brunnenhydraulik durch gezielte Anpassung der Brunnengeometrie und der technischen Infrastruktur und wurden in Softwareprodukte umgesetzt. Diese können Anwendern in Deutschland und weltweit bei der Optimierung der Nutzung bestehender Brunnen und bei der Planung neuer energieeffizienter Brunnen dienen.
Literatur:
Paper
- COLLINS, S.L. & HOUBEN, G. (2020): Horizontal and radial collector wells: simple tools for a complex problem. - Hydrogeol J 28(5): 1925-1935. doi: 10.1007/s10040-020-02120-2
- HOUBEN, G. (2024): Die Hydraulik von Brunnenfilterrohren. - Grundwasser 29(4): 229-241; doi: 10.1007/s00767-024-00575-8
- HOUBEN, G. (2015): Review: Hydraulics of water wells—flow laws and influence of geometry. Hydrogeol J 23(8): 1633-1657. doi: 10.1007/s10040-015-1312-8
- HOUBEN, G. (2015): Review: Hydraulics of water wells—head losses of individual components. Hydrogeol J 23(8): 1659-1675. doi: 10.1007/s10040-015-1313-7
- HOUBEN, G., HALISCH, M., KAUFHOLD, S., WEIDNER, C., SANDER, J. & REICH, M. (2016): Analysis of Wellbore Skin Samples—Typology, Composition, and Hydraulic Properties. Groundwater 54(5): 634-645. doi: 10.1111/gwat.12403
- TÜGEL, F., HOUBEN, G. & GRAF, T. (2016): How appropriate is the Thiem equation for describing groundwater flow to actual wells? Hydrogeol J 24(8): 2093-2101. doi: 10.1007/s10040-016-1457-0
Software
- HORI: Software zur Abschätzung der Absenkung um Horizontalfilterbrunnen.
- WellDesigner: Vorhersagetool zur Berechnung und Optimierung der Eintrittsverluste von Vertikalfilterbrunnen
Partner:
- Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik (LIAG)
