[0001] Es geht um eine Geothermieanlage, die auch als Geothermiekraftwerk bezeichnet wird, um ein Verfahren zum Betreiben einer Geothermieanlage und um die Verwendung einer Geothermieanlage.

[0002] Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht die Priorität der europäischen Patentanmeldung EP 09 162 863.6, die am 16.6.2009 beim Europäischen Patentamt mit dem Titel „Verfahren zum Betreiben einer Geothermievorrichtung und entsprechende Geothermievorrichtung (Geothermiekraftwerk)" hinterlegt wurde.

[0003] Geothermische Anlagen sind dazu ausgelegt Wärmeenergie aus der Erdkruste technisch nutzbar zu machen. Bei geothermisch gewonnener Energie handelt es sich um regenerative Energie. Geothermische Energie kann direkt genutzt werden, um z.B. zu Heizen oder zu Kühlen, oder sie kann zur Erzeugung von elektrischem Strom eingesetzt werden.

[0004] Bekannte Systeme arbeiten entweder mit Wasser, das aus Aquiferen entnommen wird (hydrothermale Geothermie genannt), oder es kommen künstlich erzeugte Risssysteme zum Einsatz, durch die in einem offenen System Wasser getrieben wird (petrothermale Geothermie genannt).

[0005] Auch bekannt sind sogenannte geschlossene binäre Systeme, bei denen Wärmesonden eingesetzt werden in denen das Wasser in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert. Diese geschlossenen Systeme in den oberen Sedimenten werden jedoch als ineffizient betrachtet. Ausserdem geht man bisher davon aus, dass die Leistung, die einem solchen System entzogen wird, eher gering ist. Bisher erreichten solche Systeme eine Tiefe zwischen 2 und 3 km.

[0006] Es hat in letzter Zeit verschiedene negative Schlagzeilen gegeben, da Geothermieprojekte für das Auslösen von lokalen seismischen Erschütterungen verantwortlich gemacht worden sind. Daher steigt der öffentliche Druck, solche Projekte so zu gestalten, dass sie keine Erschütterungen, lokale Beben, Quellungen oder Verwerfungen von Gesteinsstrukturen auslösen.

[0007] Es besteht ein grosser Bedarf für Geothermieanlagen. Um solche Anlagen wirtschaftlich erstellen und betreiben zu können, müssen einerseits die Investitionskosten niedrig gehalten werden. Andererseits muss man aber in grosse Tiefen vordringen, um eine Temperaturdifferenz bereit stellen zu können, die es erlaubt grossere Energiemengen zu entnehmen. Diese Vorgaben stehen jedoch in einem offensichtlichen Gegensatz zueinander. Gegen tiefe Geothermie sprechen bisher aber vor allem auch die grossen technischen Probleme, die überwunden werden müssen, um in Tiefen von mehr als 3km vorzudringen.

[0008] Gemäss Erfindung geht es speziell um Nutzbarmachung von Wärme aus grossen Tiefen. Es geht also um sogenannte tiefe Geothermie und vorzugsweise um tiefe Geothermie im heissen, trockenen Fels (hot dry rock; HDR). Gemäss Erfindung kommt ein geschlossenes System zum Einsatz.

[0009] Derartige geschlossene Systeme haben gegenüber offenen Systemen den Vorteil, dass kein Kontakt zum Grundwasser besteht.

[00010] Eine Anlage gemäss Erfindung kann nahezu an jedem Standort realisiert werden.

[00011] Derartige geschlossene Systeme haben auch den Vorteil, dass sie nicht auf Tiefenwasser oder dergleichen angewiesen sind. Das sogenannte Fündigkeitsrisiko geht daher praktisch gegen Null. [00012] Eine Anlage gemäss Erfindung ist grundlastfähig, da die Energie über einen längeren Zeitraum permanent entnommen werden kann.

[00013] Für eine wirtschaftliche Stromerzeugung und/oder Wärmebereitstellung sind gemäss Erfindung Temperaturen über 150 ⁰ C erforderlich. Besonders bevorzugt sind Temperaturen im Bereich zwischen 180 ⁰ C und 450 ⁰ C.

Ein Schema einer Geothermievorrichtung (Geothermiekraftwerk) ist in Fig. 1 gezeigt. Weitere Details sind den Figuren 2 bis 8 zu entnehmen.

Vorteile der Erfindung :

• Keine Zufallsausbeute;

• Grosse Leistungen im Bereich der Gigawatt-Klasse;

• Keine Brennstoffe kommen zum Einsatz;

• Es entstehen keine Abfälle;

• Es entstehen keine Emissionen;

• Der Aushub beim Abteufen des Schachts wird vorzugsweise für Beton und Baustoffproduktion verwendet;

• Die Geothermievorrichtung liefert Grundlast-Strom und grosse Wärmemengen.

[00014] Es wird als ein Vorteil der Erfindung angesehen, dass ein sehr hoher Wärmestrom realisiert wird.

[00015] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine erste erfindungsgemässe Vorrichtung in einer schematischen, seitlichen Schnittdarstellung; Fig. 2 zeigt eine zweite erfindungsgemässe Vorrichtung in einer schematischen, seitlichen Schnittdarstellung während der Bauphase; Fig. 3 zeigt einen Teil eines Schachtabschnitts in einer schematischen

Perspektivdarstellung; Fig. 4A zeigt Details einer weiteren erfindungsgemässen Vorrichtung in einer schematischen Schnittdarstellung während der Bauphase; Fig. 4B zeigt Details der Vorrichtung nach Fig. 4A in einer schematischen

Schnittdarstellung im fertig gestellten Zustand; Fig. 5 zeigt Details einer weiteren erfindungsgemässen Vorrichtung in einer schematischen Schnittdarstellung; Fig. 6A zeigt Details eines Seitenkanals einer weiteren erfindungsgemässen

Vorrichtung in einer schematischen Schnittdarstellung; Fig. 6B zeigt Details eines weiteren Seitenkanals einer weiteren erfindungsgemässen Vorrichtung in einer schematischen

Schnittdarstellung; Fig. 7 zeigt Details des oberen Bereichs einer weiteren erfindungsgemässen

Vorrichtung in einer schematischen, seitlichen Schnittdarstellung; Fig. 8 zeigt Details des Abschnitts einer weiteren erfindungsgemässen

Vorrichtung in einer schematischen, seitlichen Schnittdarstellung; Fig. 9 zeigt eine weitere erfindungsgemässe Vorrichtung in einer schematischen, seitlichen Schnittdarstellung.

[00016] Konstruktive Elemente mit gleicher Funktion sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Folgenden wird das Wärmetransportmedium mit M bezeichnet, wenn es sich im Zuführkreislauf- oder abschnitt befindet. Das Wärmetransportmedium wird mit M* bezeichnet, wenn es sich im Rückführkreislauf- oder abschnitt befindet. M* ist wärmer und/oder energiereicher als M.

[00017] In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform einer Geothermievorrichtung 100 gezeigt, deren Schachtsystem sich senkrecht in den Untergrund U (Richtung Erdmitte) erstreckt. In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform einer Geothermievorrichtung 100 gezeigt, deren Schachtsystem sich schräg in den Untergrund U erstreckt. Anhand der Figuren 1 und 2 wird das Funktionsprinzip beschrieben. Dieses Funktionsprinzip lässt sich auf die anderen Ausführungsformen der Erfindung übertragen.

[00018] Die Geothermievorrichtung 100 umfasst einen Aussenschacht 10, der bei dieser Ausführungsform von Fig. 1 als Rückführschacht oder -röhr dient. Der Aussenschacht 10 kann aber auch als Zuführschacht dienen. Der Aussenschacht 10 erstreckt sich über eine erste wirksame Schachtlänge Ll in den Untergrund U. Es ist ein Innenschacht 20 vorgesehen, der sich vorzugsweise komplett im Inneren des Aussenschachts 10 über eine zweite wirksame Schachtlänge L2 abwärts erstreckt. Der Innenschacht 20 dient bei der Ausführungsform von Fig. 1 als Zuführschacht oder -röhr. Der Innenschacht 20 kann aber auch als Rückführschacht dienen.

[00019] Der Innenschacht 20 weist eine Mantelfläche (Zylindermantelfläche) auf, die gegenüber dem Aussenschacht 10 druckdicht isoliert ist. In Fig. 1 ist die Mantelfläche durch gestrichelte Linien angedeutet. Vorzugsweise ist der Innenschacht 20 wasserdicht und thermisch gegenüber dem Aussenschacht 10 isoliert. Diese ist wichtig, damit das Medium M* in demjenigen Schacht, der als Rückführschacht dient, nicht zu stark durch das Medium M in dem anderen Schacht gekühlt wird, der als Zuführschacht dient.

[00020] Die Geothermievorrichtung 100 umfasst bei allen Ausführungsformen der Erfindung mehrere Seitenkanäle 30, die sich, richtungsmässig von dem Aussenschacht 10 ausgehend, (vorzugsweise radial) in den Untergrund U erstrecken. Jeder dieser Seitenkanäle 30 bildet einen Kopplungsbereich zur lokalen strömungstechnischen Verbindung zwischen dem Innenschacht 20 und dem Aussenschacht 10. Die Kopplungsbereiche befinden sich vorzugsweise an den extremalen Enden der Seitenkanäle 30 (d.h. an denjenigen Enden, die sich am weitesten von dem Innenschacht 20 entfernt befinden).

[00021] Die Auslegung ist nach Fig. 1 so gewählt, dass ein Medium M z.B. über den Innenschacht 20 in der Geothermievorrichtung 100 nach unten gelangt und dort mit und mit über innenliegende Rohre 31 in den Seitenkanälen 30 nach aussen geleitet wird. In den erwähnten Kopplungsbereichen findet ein Übertritt oder Übergang des Mediums M* in Richtung des Aussenschachts 10 statt. Durch den Aussenschacht 10 hindurch gelangt erwärmtes Medium M* nach oben. Dieses Prinzip ist schematisch in Fig. 6A verdeutlicht. Die Anordnung kann aber auch so gewählt sein, dass das Medium M vom Innenschacht 20 aus in den Seitenkanal 30 gelangt und im extremalen Endbereich des Seitenkanals 30 einen Übergang in das Innere eines innenliegenden Rohres 31 macht. Durch dieses Rohr 31 kann das warme Medium M* dann in den Aussenschacht 10 gelangen und nach oben geführt werden, wie in Fig. 6B dargestellt.

[00022] Es ist auch möglich dieses Prinzip umzukehren indem das Medium M im Aussenschacht 10 nach unten und im Innenschacht 20 als Medium M* nach oben gelangt. Damit ergeben sich in Umkehrung der Darstellungen der Figuren 6A und 6B zwei weitere mögliche Ausführungsformen.

[00023] Es ist auch möglich statt einer seriellen Führung des Mediums eine parallele Führung des Mediums vorzusehen. Im Falle einer parallelen Führung arbeiten mehrere Medien-Kreisläufe parallel zu einander.

[00024] Eine Kraftwerksvorrichtung 40 steht strömungstechnisch so mit einem oberen Endbereich des Aussenschachts 10 oder des Innenschachts 20 in Verbindung, dass die Kraftwerksvorrichtung 40 im entsprechenden Schacht 10 oder 20 aufsteigendes warmes Medium M* und/oder Dampf weiter verarbeiten kann. Die Geothermievorrichtung 100 umfasst eine Mediumzufuhr 21, um in einem oberen Bereich eines der beiden Schächte 10 oder 20 das Medium M zuführen zu können, wobei in diesem Schacht 10 oder 20 das Medium abwärts gelangt.

[00025] Jeder Seitenkanal 30 umfasst mindestens ein Innenrohr 31, das axial in dem Seitenkanal 30 sitzt und von diesem umhüllt oder umgeben ist. Das Innenrohr 31 steht an einem schachtnahen Ende strömungstechnisch mit dem Medium im Inneren des Schachts 10 oder 20 in Verbindung (je nachdem welcher der Schächte 10, 20 als Rückführschacht und welcher der Schächte 10, 20 als Zuführschacht dient). An dem gegenüberliegenden, schachtfernen (extremalen) Ende dient ein Kopplungsbereich als Übergang zwischen dem Innenrohr 31 und dem Seitenkanal 30, wobei warmes Medium M* und/oder Dampf entweder aus dem schachtfernen Ende des Innenrohrs 31 austreten und durch den Seitenkanal 30 Richtung des Rückführschachts 20 oder 10 rückführbar ist (siehe z.B. Fig. 6A), oder warmes Medium M* und/oder Dampf am schachtfernen Ende in das Innere des Innenrohrs 31 gelangt und durch das Innenrohr 31 zurück zum Rückführschacht 10 oder 20 gelangt (siehe z.B. Fig. 6B). [00026] Die Seitenkaπäle 30 beginnen bei allen Ausführungsformen vorzugsweise ab einen Abstand A zur (Erd-) Oberfläche, der so gewählt ist, dass die Temperatur des Untergrunds U in diesem Bereich mehr als 100 ⁰ C und vorzugsweise mehr als 150 ⁰ C aufweist. D.h. die Seitenkanäle 30 liegen in warmen und heissen Bereichen des Untergrunds U. Der entsprechende Abstand A ist in Fig. 9 anhand eines Beispiels angedeutet.

[00027] In grosseren Tiefen kann die Temperatur bis zu 450 ⁰ C betragen.

[00028] Je nach Ausführungsform kann der Innenschacht eine zweite wirksame Schachtlänge L2 haben, die gleich der ersten wirksamen Schachtlänge Ll ist. In diesem Fall gibt es keine strömungstechnische Verbindung zwischen den beiden Schächten 10, 20 am tiefsten Punkt der Vorrichtung 100. D.h. nur die erwähnten Kopplungsbereiche der Seitenkanäle 30 dienen als strömungstechnische Verbindungen zwischen dem Zuführschacht und dem Rückführschacht. Es kommen bei allen Ausführungsformen vorzugsweise Schächte 10, 20 zum Einsatz, die am tiefsten Punkt nicht strömungstechnisch verbunden sind. Die zweite wirksame Schachtlänge L2 kann aber auch kürzer sein als die erste wirksame Schachtlänge Ll. In diesem Fall ergibt sich am tiefsten Punkt der Vorrichtung 100 ein zusätzlicher Kopplungsbereich.

[00029] Ganz besonders bevorzugt sind Ausführungsformen der Erfindung, die analog zu der in Fig. 2 schematisch gezeigten Vorrichtung 100 ausgelegt sind. Da es darum geht eine sehr grosse Tiefe Tl zu erreichen, führen die bautechnischen und fördertechnischen Probleme bei einer Ausführungsform nach Fig. 1 zu relativ grossen Kosten. Ausführungsformen nach Fig. 2 hingegen reduzieren den bautechnischen und fördertechnischen Aufwand, wobei jedoch eine grösser Schachtlänge Ll vorgesehen werden muss, um die gleiche Tiefe Tl zu erreichen wie eine Vorrichtung 100 nach Fig. 1.

[00030] Die effektive Länge Ll des Aussenschachts 10 kann anhand des Satzes von Pythagoras wie folgt ermittelt werden :

Tl ² + Bl ² = Ll ^{2 ■} > Ll = ΛIT! ² + B1 ² [00031] Diese Aussagen beziehen sich jedoch nur auf Geothermievorrichtungen 100, die in von einer ebenen Erdoberfläche aus in den Untergrund U abgeteuft werden. Erfindungsgemässe Geothermievorrichtungen 100 können aber auch schräg in ein Bergmassiv abgeteuft werden.

[00032] Dabei spielt der Winkel W eine wesentliche Rolle. Um so steiler die Rampe (d.h. die Längsachse) des Aussenschachts 10 steht, um so schneller erreicht man grosse Tiefen Tl. Mit zunehmendem Gefälle, d.h. mit zunehmendem Winkel W, werden jedoch die technischen Probleme grösser, da immer grossere Lasten in die Vertikale gehen. Um so kleiner der Winkel W wird, um so mehr Kräfte werden in den Untergrund U eingeleitet.

[00033] Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der das Gefälle im Bereich des oberen Schachtendes geringer ist als im mittleren und im unteren Schachtbereich. D.h. der Winkel W ist in diesem Fall eine Funktion des Abstands zur Erdoberfläche. Dieses Prinzip lässt sich auf alle Ausführungsformen anwenden.

[00034] Folgende Tabelle zeigt anhand konkreter Zahlenwerte für eine Tiefe Tl = 4km eindrücklich den Unterschied zwischen den Ausführungsformen nach Fig. 1 und Fig. 2, wobei zwei Ausführungsformen nach Fig. 2 mit beispielhaften Winkeln W=45 Grad und W=60 Grad angegeben sind :

[00035] Vorzugsweise erreicht der Schacht bei allen Ausführungsformen eine Tiefe Tl, die grösser ist als 3,5km und die bis 15km betragen kann.

[00036] Dadurch, dass die Erfindung viele Seitenkanäle 30 aufweist, hat die gesamte Vorrichtung 100 eine deutlich grossere Wärmekopplung mit dem Untergrund U als herkömmliche Vorrichtungen 100. Dabei bestimmt die Länge und die Gesamtzahl der Seitenkanäle 30 das wirksame „Einzugsgebiet" der Vorrichtung 100. Insgesamt hat die Vorrichtung 100 eine effektiv wirksame Oberfläche zum Wärmeaustausch mit dem Untergrund U, die um einige Faktoren grösser ist als bei konventionellen Geothermieanlagen.

[00037] Bei sogenannten „enhanced geothermal Systems" (EGS) mit zwei oder mehreren Bohrungen von oben, wird der Energieertrag auf wenige Megawatt (MW) begrenzt, was auch dem Kirchhoff'schen Gesetz zuzuschreiben ist, das zu relativ raschen Abkühlungen der mit Wasser durchströmten Ritzen und künstlichen Kanäle im Untergrund U führt. Typischerweise kann beim EGS- Verfahren nur ein kleiner Bruchteil der unterirdischen Wärmeübertragungsfläche des erfindungsgemässen Verfahrens genutzt werden. Das Verhältnis liegt zwischen 1 : 100 und 1 : 1000, d.h. eine erfindungsgemässe Geothermievorrichtung 100 hat bei allen Ausführungsformen einen Kopplungsgrad oder eine effektive unterirdische Wärmeübertragungsfläche, der/die um einen Faktor 100 bis 1000 grösser ist.

[00038] Trotz des grosseren wirksamen „Einzugsgebiets" der erfindungsgemässen Geothermievorrichtungen 100, kommt es im Verlauf mehrerer Jahrzehnte zu einer Absenkung der Temperatur des Untergrunds U, da mehr Wärme entnommen wird als aus dem Erdinneren nachgeliefert wird.

[00039] Die Erfindung ermöglicht eine Regeneration des Wärmereservoirs indem entweder die entnommene Energiemenge pro Volumen des Untergrunds U entsprechend „klein" gehalten wird, oder indem weitere Schächte (z.B. ein Zweitschacht gemäss Fig. 9) mit Verzweigungen (Seitenkanälen 30) in einem Mindestabstand realisiert werden. Wenn die Temperatur des Gesteins in einem Bereich nach mehreren Jahrzehnten der Entnahme sinkt, dann kann eine andere Anlage, die in der Nähe liegt, zum Einsatz gebracht werden, bis sich die ursprüngliche Anlage wieder „erholt" hat. Um die Infrastrukturkosten und Investitionen klein zu halten, können sich zwei oder mehrere Schächte eine Kraftwerksvorrichtung 40 teilen, wie in Fig. 9 anhand eines schematischen Beispiels angedeutet. [00040] Vorzugsweise wird der Aussenschacht 10 aller Ausführungsformen vor Ort aus vorgefertigten Betonelementen zusammengesetzt oder erstellt. Ein Schachtsegment 50, das aus vier Betonelementen 50.1 - 50.4 aufgebaut ist, ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Ein solches Schachtsegment 50 kann auch aus drei, vier oder mehr als vier Betonelementen zusammengesetzt sein, wie aus dem Tunnelbau bekannt. In Fig. 5 ist ein Aussenschacht mit drei Betonelementen 50.1, 50.2 und 50.3 als schematisches Beispiel gezeigt. Der Innenschacht 20 kann auch aus drei, vier oder mehr als vier Betonelementen zusammengesetzt sein, wie in Fig. 5 schematisch gezeigt. Vorzugsweise sind die axialen Verbindungen zwischen den einzelnen Betonelementen des Aussenschachts 10 gegenüber den axialen Verbindungen zwischen den einzelnen Betonelementen des Innenschachts 20 um einige Winkelgrade verdreht, wie in Fig. 5 zu erkennen ist.

[00041] Besonders bevorzugt ist der Einsatz von sogenannten Tübbinger Verschalungen (auch Tübbings genannt). Die Tübbinger Verschalungen lassen sich bei allen Ausführungsformen für den Aussenschacht 10 und/oder den Innenschacht 20 anwenden, wie in Fig. 5 beispielhaft gezeigt.

[00042] Die Betonelemente 50.1 - 50.4 sind vorzugsweise bei allen Ausführungsformen mit sogenannten axialen Feder/Nut-Verbindungen 51 versehen, wie in den Figuren 3, 4A und 5 schematisch angedeutet. Die Feder/Nut-Verbindungen 51 werden als axiale Verbindungen bezeichnet, da sie sich parallel zu der Rotationsachse R des Aussenschachts 10 in axialer Richtung erstrecken. Zwischen benachbarten (in Schachtrichtung betrachtet aufeinander folgende) Betonelementen 50.1 - 50.4 kommen vorzugsweise Feder/Nut- Verbindungen 52 zum Einsatz, die auch als radiale Feder/Nut-Verbindungen 52 bezeichnet werden. Diese radialen Feder/Nut-Verbindungen 52 sind in den Zeichnungen nicht im Detail dargestellt. Entsprechende Feder/Nut-Verbindungen 51, 52 sind von Tübbinger Verschalungen bekannt.

[00043] Bei allen Ausführungsformen kommt vorzugsweise ein Beton zum Einsatz, der durch die Zugabe von Polymeranteilen und/oder Zellglas (zur Erhöhung der Wärmedämmeigenschaft) besonders ausgestattet ist. Durch das Hinzufügen von Polymer und/oder Zellglas sind die Betonelemente 50.1 - 50.4 und somit auch der Aussenschacht 10 und/oder Innenschacht 20 dicht und wärmedämmend. Um die Dichtigkeit und/oder Wärmedämmung zu verbessern, wird vorzugsweise bei allen Ausführungsformen Dichtmasse im Bereich der Feder/Nut-Verbindungen 51 und/oder 52 eingesetzt.

[00044] Ganz besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen nach dem Anbau mehrerer Betonelemente 50.1 - 50.4 die Innenfläche mit einer Kunststoffschicht oder Kunststoffbahn versehen wird. Diese Kunststoffschicht oder Kunststoffbahn ist so ausgelegt, dass sie eine Innenhaut im Aussenschacht 10 oder eine Innenhaut im Innenschacht 20, oder eine Aussenhaut am Innenschacht 20 bildet, die je eine zusätzliche dichtende Wirkung hat. Dieser Ansatz lässt sich auf alle Ausführungsformen anwenden.

[00045] Ganz besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die erwähnte Kunststoffschicht mit zusätzlichen Armierungen (z.B. Kohle-Kevelar- Armierungen) versehen ist, um dem Aussenschacht 10 zusätzliche Stabilität zu verleihen, um so den Gesteinsdruck besser abfangen und ableiten zu können. Dieser Ansatz lässt sich auf alle Ausführungsformen anwenden.

[00046] Bei allen Ausführungsformen kommen vorzugsweise Anker 53 zum Einsatz, um die Betonelemente 50.1 - 50.4 nach aussen im Untergrund U zu verankern. In Fig. 4A und 4B ist ein beispielhafter Anker 53 gezeigt, der sich hier radial nach aussen erstreckt. Der Einsatz solcher Anker 53 hat den Vorteil, dass das Gewicht der einzelnen Betonelemente 50.1 - 50.4 zum Grossteil im umgebenden Gestein (Untergrund U) abgefangen werden kann. Durch diese Massnahme kann verhindert werden, dass die axialen Feder/Nut-Verbindungen 51 zu stark durch Scherkräfte und die radialen Feder/Nut-Verbindungen 52 zu stark durch Druckkräfte belastet werden. Ausserdem kann dadurch verhindert werden, dass die Seitenkanäle 30 durch Scherkräfte belastet oder gar zerstört (abgeschert) werden.

[00047] Bei allen Ausführungsformen kommen vorzugsweise zur Abdichtung von Fugen Dichtungsbänder, -ringe oder -hüllen zum Einsatz. [00048] Bei allen Ausführungsformen können Materialien als Gussmasse, Klebstoffe, Dichtmasse, Dichtfolien, Dichtschichten, Überzüge, Betonzusätze eingesetzt werden, die hochtemperaturfest und druckfest sind. Besonders geeignet sind Materialien auf

- Epoxid-Harzbasis, und/oder

- Keramikbasis, und/oder

- Metallbasis, und/oder

- Metalloxidbasis (z.B. AI ₂ O ₃ , ZrO ₂ , SiO ₂ ) , und/oder

- Graphitbasis.

[00049] Beim Abteufen des (Haupt- )Tunnels der Geothermievorrichtung 100, kommen vorzugsweise mehrere mobile Einheiten 60 und/oder 70 und/oder 80 zum Einsatz, wobei jede der mobilen Einheiten 60,70, 80 für andere Aufgaben einsetzbar ist.

[00050] In Fig. 2 ist das Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Fig. 2 zeigt den Zustand während des Baus der Vorrichtung 100. Während eine erste mobile Einheit 60 mit einem Bohrkopf 61 den Tunnel voran treibt, folgt eine zweite mobile Einheit 70 nach. Diese zweite mobile Einheit 70 kann z.B. Fahrbahnen und/oder -schienen 90 und/oder Kontaktbahnen 92 verlegen, falls diese nicht bereits mit den Betonelementen 50.1 - 50.4 verlegt wurden oder integraler Bestandteil der Betonelemente 50.1 - 50.4 sind. Vorzugsweise sind diese Fahrbahnen und/oder -schienen 90 und/oder Kontaktbahnen 92 ein fester (integraler) Bestandteil der Betonelemente 50.1 - 50.4. Eine dritte mobile Einheit 80 kann als Bohr- und/oder Gesteinsschmelzrobotor und/oder thermisch arbeitender Fragmentationsrobotor ausgelegt sein, um die Seitenkanäle 30 durch Bohren und/oder Aufschmelzen und/oder thermische Fragmentation des Gesteins anzulegen.

[00051] Bei allen Ausführungsformen kann ein Gesteinsschmelzverfahren eingesetzt werden, das auf dem bekannten LITHO-JET Prinzip und/oder einem Verfahren der ETH Zürich beruht, dass von Prof. Philipp Rudolf von Rohr entwickelt wurde. Details zum LITHO-JET Prinzip sind z.B. dem Europäischen Patent EP 0327598 Bl des Erfinders Werner Foppe, mit Titel „FUSION-DRILLING PROCESS" oder der internationalen Anmeldung mit der Publikationsnummer WO 88/05491 zu entnehmen.

[00052] Während einzelner Bearbeitungsschritte kann sich die entsprechende mobile Einheit 60 und/oder 70 und/oder 80 bei allen Ausführungsformen seitlich gegenüber der Tunnelwand oder gegenüber den Betonelementen 50.1 - 50.4 als Widerlager abstützen oder verkeilen, wie aus dem Tunnelbau bekannt, um einen besseren Vortrieb zu ermöglichen oder um eine stabile Position halten zu können. Aufgrund des starken Gefälles des Aussenschachts 10 kann aber in den meisten Fällen auf ein solches Widerlager verzichtet werden, da das Eigengewicht z.B. der mobilen Einheit 60 den Bohrkopf 61 mit ausreichendem Druck gegen die Stirnwand des Tunnels drückt.

[00053] Bei allen Ausführungsformen befinden sich gemäss Erfindung im ausgebauten Zustand im Bereich der Strosse (unterer Teil des Tunnelquerschnitts) Führungsbahnen und/oder -schienen 90, wie in Fig. 4A angedeutet. Diese Führungsbahnen und/oder -schienen 90 dienen während dem Bau oder nach der Fertigstellung als Führung oder Fahrbahn z.B. für die mobilen Einheiten 70 oder 80. In Fig. 4A ist eine mobile Einheit 80 in einer speziellen Ausführungsform gezeigt, bei der Reifen oder (Stahl-)Räder 81 zum Einsatz kommen. Diese Reifen oder (Stahl-)Räder 81 rollen entlang von Führungsbahnen und/oder -schienen 90, wie in Fig. 4A gezeigt. Aufgrund der hohen Temperaturen ist es von Vorteil Stahlräder oder stahlbewehrte Reifen 81 einzusetzen.

[00054] Um grosse Steigungen im Aussenschacht 10 überwinden zu können, kommt bei allen Ausführungsformen eine Kombination aus mindestens einer Zahnstange 91 und mindestens einem verzahnten Treibrad 82 zum Einsatz, wie in Fig. 4A in schematischer Form anhand eines Beispiels gezeigt. Die Zahnstange 91 bildet mit dem verzahnten Treibrad 82 einen Zahnradantrieb.

[00055] Es können verschiedenste Formen von solchen Zahnradantrieben eingesetzt werden. Besonders geeignet sind Zahnradantriebe mit Einzelzahnstange, Doppelzahnstange, mit versetzten Zahnstangen, mit Leiterzahnstangen usw. Das verzahnte Treibrad 82 ist jeweils so komplementär ausgeführt, dass es sicher in die eingesetzte Zahnstange 91 eingreift. Jede der Ausführungsformen kann mit einem solchen Zahnradantrieb ausgestattet sein.

[00056] Vorzugsweise wird bei allen Ausführungsformen Materialien für die Elemente des Zahnradantriebs verwendet, die auch bei den hohen Temperaturen die notwendige Festigkeit garantieren. Besonders geeignet sind Speziallegierungen und/oder Materialien, die ohne Schmierung auskommen, oder die selbstschmierend sind.

[00057] Der Zahnradantrieb kann separat von den Führungsbahnen und/oder -schienen 90 angeordnet sein (siehe z.B. Fig. 4A), oder der Zahnradantrieb kann in die Führungsbahnen und/oder -schienen 90 integriert sein. Bei einer besonders bevorzugten Variante sind die beiden seitlichen Führungsschienen 90 als Zahnstangen ausgebildet und die mobile Einheit (z.B. die Einheit 80) weist mindestens zwei Treibräder 82 (anstatt der Reifen/Räder 81 oder zusätzlich zu den Reifen/Rädern 81) auf.

[00058] Bei allen Ausführungsformen kann entweder mindestens eine selbstangetriebene (im Sinne von autark) mobile Einheit (z.B. die Einheit 80) oder mindestens eine mit einem (Stahl-)Zugseil angetriebene mobile Einheit (z.B. die Einheit 80) zum Einsatz kommen. Um grossere Distanzen autark zurück legen zu können, wird jedoch eine selbstangetriebene mobile Einheit (z.B. die Einheit 80) bevorzugt. Vorzugsweise erfolgt in diesem Fall die Stromzufuhr über geschützte Kontaktbahnen 92. Diese Kontaktbahnen 92 können, wie in Fig. 4A schematisch angedeutet, im Bereich der Strosse angeordnet sein. Die beiden Kontaktbahnen 92, die bei einem 2-phasigen Versorgungssystem erforderlich sind, sind dabei vorzugsweise so im Inneren eines Profils 93 oder einer Schiene platziert, dass keine Gefahr des Elektrisierens bei versehentlichem Berühren besteht.

[00059] Bei allen Ausführungsformen kann die Fahrbahn stufenartig ausgeführt sein, um die Kräfte, die ansonsten z.B. die mobilen Einheiten 60, 70, 80 nach unten ziehen, besser abfangen zu können. In Fig. 8 ist dieses Prinzip schematisch veranschaulicht. In dem Aussenschacht 10 (und/oder im Innenschacht 20) können entsprechende (Beton-)Stufen 94 vorgesehen sein. Die mobilen Einheiten 60 und/oder 70 und/oder 80 sind in diesem Fall als „Stufenläufer" ausgelegt. Bei einer Ausführungsform nach Fig. 8 kommt vorzugsweise trotzdem ein Zahnradantrieb zum Einsatz.

[00060] Bei Ausführungsformen, die mit einem (Stahl-)Zugseil eine mobile Einheit (z.B. die Einheit 80) bewegen, kann trotzdem ein entsprechendes Versorgungssystem eingesetzt werden, um zum Beispiel stromverbrauchende Systeme und Motoren antreiben zu können.

[00061] Der Durchmesser des Aussenschachts beträgt bei allen Ausführungsformen zwischen 2 und 15m. Besonders bevorzugt sind Tunnel, die einen runden Querschnitt aufweisen und die mit einem rotierenden Bohrkopf 61 ausgehöhlt wurden. Der Tunnel kann aber auch eine andere Querschnittsform haben, die z.B. mit Sprengungen und/oder Bohrhämmern und/oder Fräsen und/oder Gesteinsschmelzen heraus gearbeitet wurde.

[00062] Bei allen Ausführungsformen werden vorzugsweise Hohlräume zwischen den Betonelementen 50.1 - 50.4 und dem umgebenden Gestein (Untergrund U) mit einer Verfüllmasse 11 ausgefüllt. Dadurch können einerseits die Betonelemente 50.1 - 50.4 besser nach aussen verankert werden. Andererseits kann bei geeigneter Wahl der Materialeigenschaften der Verfüllmasse 11 erreicht werden, dass der Druck des umgebenden Gesteins gleichmässiger auf die Aussenseite der Betonelemente 50.1 - 50.4 verteilt wird.

[00063] Bei allen Ausführungsformen werden vorzugsweise Betonelemente 50.1 - 50.4 eingesetzt, deren Aussenseite mit Vertiefungen versehen ist. Beim Verfüllen mit einer Verfüllmasse 11 werden somit die Betonelemente 50.1 - 50.4 noch besser mit dem umgebenden Gestein verankert. Bei einer solchen Ausführungsform brauchen keine Anker 53 eingesetzt zu werden. Es können zur Sicherheit aber trotzdem Anker 53 eingesetzt werden.

[00064] Bei allen Ausführungsformen können im Bereich der Strosse Versorgungs- und Entsorgungsleitungen und Systeme verlegt werden. [00065] Gemäss Erfindung bilden der Aussenschacht 10 und der Innenschacht 20 ein serielles oder paralleles System für die Zufuhr und Abfuhr eines Wärmetransportmediums (hier kurz als Medium M bezeichnet). Insgesamt ist das System, respektive der Kreislauf geschlossen, so dass kein Medium M in den Untergrund U austritt. Durch die Geothermievorrichtung 100 wird Wärmeenergie aus dem Untergrund U an das Medium M übertragen und durch das Medium M* in Richtung Erdoberfläche bewegt oder gefördert.

[00066] Bei allen Ausführungsformen wird vorzugsweise Wasser im Primärkreislauf eingesetzt. Bei allen Ausführungsformen kann Wasser oder ein wasser-basiertes Medium als Wärmetransportmedium im Sekundärkreislauf (z.B. im Kreislauf 44, 44.1, 44.2) eingesetzt werden. Besonders geeignete wasserbasierte Medien sind Ammoniak-Wasser-Gemische oder Cθ2-Wasser-Gemische. Es können aber auch organische Medien (z.B. leichtflüchtige Alkohole oder Kohlenwasserstoffe) eingesetzt werden.

[00067] Bei allen Ausführungsformen wird eine Bauart des Rückführschachts 10 oder 20 bevorzugt, die im oberen Bereich eine besonders gute Wärmeisolation gegenüber dem Untergrund U bietet. Dies erhöht den Gesamtwirkungsgrad der Vorrichtung 100, da weniger Wärmeverluste beim Aufwärtsbewegen des Mediums M* im Rückführschacht 10 oder 20 auftreten. Eine solche Wärmeisolation ist vorzugsweise mindestens im oberen Drittel oder der oberen Hälfte des Rückführschachts 10 oder 20 vorgesehen, da dieser Abschnitt des Aussenschachts 10 durch Untergrund U verläuft, der deutlich kälter ist als in grosseren Schachttiefen. Bevorzugt sind bei allen Ausführungsformen Betonsorten und/oder Kompositbauweisen (Schichtbauweise), die eine effektive Wärmeleitfähigkeit λ aufweisen, die kleiner ist als 0,1 W/(m K) und vorzugsweise kleiner als 0,03 W/(m K) ist.

[00068] Besonders bei der schrägen Tunnelbauweise (z.B. gemäss Fig. 2 und 9) sind die Drucklasten auf den einzelnen Betonelementen 50.1 - 50.4 über die gesamte Schachtlänge mehr oder weniger gleich, da ein Teil der auftretenden Kräfte (direkt und/oder über Anker 53) in den Untergrund U abgeleitet werden. Dies erlaubt es Betonelemente 50.1 - 50.4 einzusetzen, die aus Spezialbeton und/oder Kompositwerkstoffen aufgebaut sind, um eine niedrige effektive Wärmeleitfähigkeit λ zu erzielen.

[00069] Besonders bevorzugt sind Bauweisen des Aussenschachts 10, bei denen eine innenliegende Isolationsschicht aus einem Material mit sehr niedriger Wärmeleitfähigkeit λ vorgesehen ist. Dieser Ansatz lässt sich auf alle Ausführungsformen anwenden.

[00070] Bei allen Ausführungsformen wird eine Bauart des Innenschachts 20 bevorzugt, die eine gute Wärmeisolation gegenüber dem Aussenschacht 10, respektive dem Medium M bietet, um den Zuführbereich thermisch von dem Rückführbereich zu entkoppeln. Vorzugsweise ist der Innenschacht 20 daher (innen und aussen) gedämmt.

[00071] In Fig. 4A und 4B sind Beispiele einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Fig. 4A zeigt den Zustand während des Baus der Vorrichtung 100. In Fig. 4B ist der Endzustand in vereinfachter schematischer Form gezeigt.

[00072] Bei allen Ausführungsform kann durch den bis zum Vortriebsmechanismus (mobile Einheit 60) nachgeführten inneren Schacht 20 oder durch einen temporären Luftkanal Aussenluft zugeführt werden, um die Kühlung des Arbeitsbereichs zu gewährleisten. Die Luftabfuhr geschieht vorzugsweise durch den äusseren Ringschacht (ringförmiger Zwischenraum 12) und dient auch der Abführung von eventuell eindringenden Gasen. Vorzugsweise werden Gase, die so nach oben gelangen, gefiltert oder abgetrennt. So können z.B. natürliche Gase (z.B. Methangase) aufgefangen und verwertet werden.

[00073] Vorzugsweise werden bei allen Ausführungsformen eindringende Flüssigkeiten (geologisches Wasser oder Mineralöle aus Sedimentschichten des Untergrunds U) durch geeignete (Sumpf-) Pumpen direkt oder in Kaskaden über Zwischenbehälter nach oben befördert.

[00074] Vorzugsweise werden bei allen Ausführungsformen die Seitenkanäle 30 in Form von Rohren 32 (auch Aussenrohre genannt) in den Untergrund U verlegt, um den gesamten Kreislauf des Mediums M geschlossen zu halten. In Fig. 6A ist ein entsprechendes Beispiel in schematischer Form gezeigt. Das Medium M gelangt im Innenschacht 20 nach unten, d.h. der Innenschacht 20 dient hier als Zuführschacht. Im (ringförmigen) Bereich 12 zwischen dem Innenschacht 20 und dem Aussenschacht 10 gelangt der erhitzte Medium M* nach oben. Der ringförmige Zwischenraum 12 dient hier also als Rückführschacht. Die Seitenkanallänge L3 kann bis zu 3km betragen.

[00075] Fig. 6B zeigt einen ähnlichen Ansatz, wobei das innenliegenden Rohr

31 das Medium M* zurück führt.

[00076] Der Kopplungsbereich, der im Bereich der Seitenkanäle 30 für einen Übergang zwischen dem Rückführschacht und dem Zuführschacht sorgt, kann z.B. so ausgeführt sein, dass das extremale Ende des innenliegenden Rohrs 31 offen ist, wie in Fig. 6A angedeutet. Es ist aber auch (oder zusätzlich) möglich das innenliegende Rohr 31 am extremalen Ende porös auszuführen oder mit Löchern zu versehen, wie in Fig. 6B angedeutet. Diese Varianten lassen sich auf alle Ausführungsformen anwenden.

[00077] Anstatt die Seitenkanäle 30 durch das Einbringen von Aussenrohren

32 gegenüber dem Untergrund U druckdicht zu „entkoppeln", kann ein Verfahren eingesetzt werden, das durch das Aufschmelzen oder Verglasen von Gestein eine dichte Hülle schafft. Entweder wird ein Seitenkanal 30 erst vom Schacht 10 aus gebohrt und dann mit einer dichten Schicht (z.B. einer Glas- und/oder Keramikschicht) abgedichtet, oder das mechanische Bohren wird durch ein In- Situ-Schmelzverfahren ersetzt. Bei diesem Schmelzverfahren wird das Gestein mit ausreichender Hitze zum Schmelzen gebracht. Bei diesem Prozess bildet sich eine sehr stabile und dichte Wandung aus einer Glas- und/oder Keramikschicht, je nach Beschaffenheit der Gesteinsformation. Im Ergebnis liefert auch dieses Verfahren, oder eine Kombination aus Bohr- und Schmelzverfahren ein dichtes, geschlossenes System, bei dem kein Medium in den Untergrund U gelangt. Alternativ oder zusätzlich können die Seitenkanäle 30 auch innen beschichtet werden.

[00078] Sowohl beim Bau, als auch beim späteren Betrieb der Vorrichtung 100 können Sedimente, Auswaschungen und andere Materialien (hier als Ballaststoffe bezeichnet) in das Medium M gelangen. Unter anderem können die folgenden Ballaststoffe auftreten: Silikate, silikatische Säuren, Metall-Hydrixode, Tonmaterialien, Feldspat, Kaoline, Carbonate, Mineralien, Metalle und Metalloxide und -ionen. Diese Ballaststoffe werden durch das aufsteigende Medium M* zum Grossteil mit nach oben bewegt. Daher werden Ausführungsformen der Vorrichtung 100 bevorzugt, die im Bereich vor der Kraftwerksvorrichtung 40, vorzugsweise dort vor einem ersten Wärmetauscher, eine Vorrichtung 90 zum Abtrennen von Ballaststoffen aufweisen. Dieser Ansatz lässt sich auf alle Ausführungsformen anwenden.

[00079] Beim Erstellen der Seitenkanäle 30 (durch Bohren und/oder Schmelzen) aber auch im Dauerbetrieb entstehen Abraum, Auswaschungen oder Rückstände. Dadurch können die Seitenkanäle 30 verstopft oder zugesetzt werden. Um das zu vermeiden, werden die Seitenkanäle 30 vorzugsweise bei allen Ausführungsformen so angelegt, dass sie eine leichte Steigung (zwischen 1 und 5 Grad gegenüber der Horizontalen) gegenüber dem Ansatzpunkt am Aussenschacht 10 haben. Durch das entsprechende leichte Gefälle im Inneren der Seitenkanäle 30 ergibt sich somit ein Selbstreinigungseffekt, da sämtlicher Abraum, Auswaschungen oder Rückstände automatisch dem Prinzip der Schwerkraft folgend in den Aussen- oder Innenschacht 10, 20 gelangen.

[00080] Besonders bewährt haben sich Elektrophoreseanlagen zum Abscheiden der Ballaststoffe, Filter, die dazu ausgelegt sind, um Silikate und andere Bestandteile heraus zu filtern, und stationäre Zyklone zum Abtrennen mittels Zentrifugalkraft. Die Vorrichtung 90 kann bei allen Ausführungsformen auch eine Kombination der genannten Anlagen umfassen.

[00081] Besonders bevorzugt sind bei allen Ausführungsformen stationäre Zyklone (als Zentrifugalabtrenner), die so ausgelegt sind, dass sie den hohen Temperaturen und den mechanischen Belastungen auf der Rückführseite stand halten. Vorzugsweise sind die Zyklone so ausgelegt und dimensioniert, dass das Medium M* so in einen Rotationsbewegung versetzt wird, dass an der Aussenwand des Zyklons keine oder nur geringe abrasive Kräfte auftreten. Um die Aussenwand des Zyklons zu schützen, kann eine Korrundbeschichtung oder eine andere Mineralbeschichtung und/oder Keramikbeschichtung (z.B. Siliziumcarbid) vorgesehen sein. Dieser Ansatz lässt sich auf alle Ausführungsformen anwenden.

[00082] Besonders bevorzugt sind Zyklone, die kaskadiert hintereinander geschaltet sind. Dieser Ansatz lässt sich auf alle Ausführungsformen anwenden.

[00083] Besonders bewährt haben sich auch Ausführungsformen, bei denen die Wärmetauscher so ausgelegt sind, dass sie gereinigt oder ausgewechselt werden können. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung 100 daher redundante, umschaltbare Wärmetauscher, damit der Betrieb weiter laufen kann, während ein Wärmetauscher revidiert wird.

[00084] Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen das überhitzte Medium M*, das durch den Rückführschacht nach oben zur Kraftwerksvorrichtung 40 gelangt, in einen Kreislaufzyklus (Single Flash), in zwei Kreislaufzyklen (double Flash) oder in drei Kreislaufzyklen (tripple Flash) geführt wird.

[00085] In der Kraftwerksvorrichtung 40 kommen, je nach Ausführungsform, ein, zwei oder drei Wärmekreisläufe zum Einsatz. Jeder Wärmekreislauf kann ein eigenes Wärmetransportmedium einsetzen, das speziell für den gegebenen Temperaturbereich optimiert wurde. Durch Auswahl der geeigneten Materialien (Medien) kann eine optimale Anpassung an die thermodynamischen Eigenschaften der jeweiligen Wärmequelle vorgenommen werden. Alle diese Massnahmen dienen einer Verbesserung des Wirkungsgrades.

[00086] In Fig. 7 sind Details einer Kraftwerksvorrichtung 40 gezeigt, die bei allen Ausführungsformen zum Einsatz kommen kann. Diese Kraftwerksvorrichtung 40 umfasst einen ersten Wärmetauscher 41, der mit dem Medium M* betrieben wird, das aus dem Rückführschacht (hier über den Bereich 12 zwischen Aussenschacht 10 und Innenschacht 20) zugeführt wird. Das Medium M* hat hier eine Temperatur, die zwischen 200 ⁰ C und ca. 450 ⁰ C liegen kann. Der Druck beträgt hier z.B. zwischen 50 und 250 bar. Am tiefsten Punkt des Schachts kann der Maximaldruck des Mediums M ca. 1000 bar betragen und die Temperatur erreicht hier bis ca. 450 ⁰ C erreichen. [00087] In dem ersten Wärmetauscher 41 überträgt das Medium M* Wärmeenergie an das erste Medium Ml des 1. Kreislaufs. Das Medium M* wird dabei entspannt und abgekühlt. Das Medium M wird nach dem Durchlaufen des ersten Wärmetauschers 41 in den Zuführschacht (hier der Innenschacht 20) geführt und gelangt durch diesen Schacht 20 wieder nach unten. Nach dem Durchlaufen des ersten Wärmetauschers 41 hat das Medium M ungefähr eine Temperatur von 30 bis 60 ⁰ C. Das Medium Ml des 1. Kreislaufs baut einen hohen Dampfdruck auf und treibt über eine Dampfdruckleitung 42.1 eine Dampfturbine 42 an. Ein Ammoniak-Wasser-Gemisch kann z.B. als Medium Ml dienen. Diese Dampfturbine 42 kann mechanisch z.B. mit einem Generator 43 gekoppelt sein, der Wechselspannung bereit stellt. Die Dampfturbine 42 kann mehrstufig ausgelegt oder mit einer Niederdruck-Dampfturbine kombiniert werden, um den höchstmöglichen Wirkungsgrad zu realisieren. Über eine Rückführleitung 42.2 wird der Dampf, nachdem er die Dampfturbine 42 angetrieben hat, in einen zweiten Wärmetauscher 44 geschickt. Vom zweiten Wärmetauscher 44 gelangt das erste Medium Ml wieder zurück in den ersten Wärmetauscher 41, wo es erneut Wärmeenergie des Mediums M* übernimmt. Der zweite Wärmetauscher 44 kann ein Medium (z.B. Wasserdampf) über eine Rohrleitung 44.1 in Richtung einer Fernwärmeeinrichtung abgeben. Eine Rückleitung 44.2 führt das Medium wieder von der Fernwärmeeinrichtung zurück. Die Kraftwerksvorrichtung 40 kann neben den gezeigten Anlagen und Elementen auch noch weitere Anlagen und Elemente umfassen, wie zum Beispiel :

Transformatoren zum Erzeugen von Hochspannung und/oder

Schaltwerke, und/oder

Filter zum Abscheiden der Ballaststoffe, und/oder

Elektrophoreseanlagen zum Abscheiden der Ballaststoffe, und/oder

Zyklone zum Abscheiden der Ballaststoffe.

[00088] Insgesamt ist der Aufbau der Vorrichtung 100 so, dass sich ein sicherer, kontrollierter, geschlossener Medium-Primärkreislauf für das Medium M ergibt, wobei einer der Schächte 10 oder 20 als Zuführschacht und der andere 20 oder 10 als Rückführschacht dienen.

[00089] Vorzugsweise wird bei allen Ausführungsformen auch im Innenschacht 20 eine Fahrbahn 95 (z.B. in Form von Schienen, Betonelementen, oder einer stufenförmigen Anordnung) und/oder Kontaktbahnen vorgesehen, damit im Innenschacht 20 eine weitere mobile Einheit fahren kann, die dazu ausgelegt ist eine strömungstechnische Verbindung zwischen den Seitenkanälen und dem Innenschacht 20 zu erstellen. In Fig. 4B sind solche Fahrbahnen 95 schematisch angedeutet.

[00090] Es ist auch möglich die Seitenkanäle 30 erst zu erstellen, wenn der Innenschacht 20 eingebracht/errichtet wurde.

[00091] Vorzugsweise wird bei allen Ausführungsformen vor dem Abteufen des Schachts eine Sondierungsbohrung vorgenommen, um tektonisch kritische Zonen und andere Aspekte prüfen zu können, bevor der Hauptschacht abgeteuft wird. Eine solche Sondierungsbohrung kann z.B. auch dazu verwendet werden, um Gas- oder Ölvorkommen zu detektieren und um diese gegebenenfalls abzapfen zu können.

[00092] Vorzugsweise wird bei allen Ausführungsformen der Innenschacht 20 überirdisch oder in einer Kaverne vorproduziert. Dann kann der Innenschacht 20 in dem Aussenschacht 10 konzentrisch herab gelassen werden. Beim Herablassen können optionale Gleitelemente oder Rollelement, die an der Aussenseite des Innenschachts 20 sitzen, entlang der Fahrbahn- oder schienen 90 des Aussenschachts 10 rutschen oder rollen. Bei einer entsprechenden Dimensionierung und Positionierung der Fahrbahnen oder Schienen 90 des Aussenschachts 10 kann durch diese die konzentrische Lagerung des Innenschachts 20 im Aussenschacht 10 vorgegeben werden. In Fig. 4B ist anhand eines Beispiels angedeutet, dass die Aussenwand des Innenschachts 20 auf den Fahrbahnen oder Schienen 90 des Aussenschachts 10 aufliegen.

[00093] Vorzugsweise kommen bei allen Ausführungsformen sogenannte Zwischenkavernen zum Einsatz, um Baumaterialien zwischen lagern zu können und um Pumpen für das kaskadierte Fördern von Wasser, Abraum usw. installieren zu können. Die Zwischenkavernen können auch als Aufenthaltsraum für Personal dienen. [00094] Vorzugsweise wird bei allen Ausführungsformen das Medium M stets überwacht, um den pH-Wert in einem geeigneten Bereich halten zu können.

[00095] Im Folgenden werden einige Vorteile der Erfindung stichwortartig zusammen gefasst:

- Die Vorrichtung 100 produziert Wärme (z.B. Fernwärme) und/oder Strom;

- Die Vorrichtung 100 weist insgesamt niedrigere Nettokosten auf als jede andere Energiequelle;

- Die Vorrichtung 100 kann problemlos auch in der Nähe von urbanen Regionen errichtet und betrieben werden;

- Es ergeben sich geringere Energieübertragungsverluste und - kosten;

- Die Vorrichtung 100 ist quasi unsichtbar (z.B. wenn die Kraftwerksvorrichtung 40 unterirdisch angelegt wird);

- Die Vorrichtung 100 produziert keine Emissionen und auch keine Geräusche. Die Vorrichtung 100 stösst nämlich kein CO ₂ , kein Schwefeldioxid und keine Stickstoffoxide aus;

- Keine Strahlungs- und andere Umweltrisiken;

- Keine Probleme mit schädlichen oder radioaktiven Abfällen;

- Die Laufzeiten sind sehr hoch;

- Die Vorrichtung 100 arbeitet langfristig rentabel;

- Nebenprodukte wie Silizium, Lithium, Salz und Trinkwasser können verwendet/ verwertet werden;

- Die Vorrichtung 100 kann in vorteilhafter Weise mit einer Meerwasserentsalzungsanlage kombiniert werden;

- Die Vorrichtung 100 kann neben existierenden Kraftwerke realisiert werden, um so die existierende Infrastruktur (z.B. Turbinen) nutzen zu können. Bezugszeichenliste:

Ausseπschacht / Rückführschacht oder -röhr 10

Ausseπschächte einer Doppelanlage 10.1, 10.2

Verfüllmasse 11

Ringförmiger Zwischenraum 12

Innenschacht / Zuführschacht oder -röhr 20

Innenschächte einer Doppelanlage 20.1, 20.2

Mediumzufuhr 21

Seitenkanäle 30

Seitenkanäle einer Doppelanlage 30.1, 30.2

Innenliegende Rohre 31

Aussenrohr 32

Kraftwerksvorrichtung 40

1. Wärmetauscher 41 Dampfdruckleitung 42.1 Rückführleitung 42.2 Dampfturbine 42 Generator 43

2. Wärmetauscher 44 Rohrleitung 44.1 Rückleitung 44.2

Schachtsegment 50

Betonelemente 50.1 - 50.4

Axiale Feder/Nut-Verbindungen 51

Radiale Feder/Nut-Verbindungen 52

Anker 53

1. mobile Einheit 60 Bohrkopf 61

2. mobile Einheit 70

3. mobile Einheit 80 Reifen oder Räder 81 Treibrad 82

Fahrbahn- oder schiene 90

Zahnstange 91

Kontaktbahnen 92

Profil 93

Stufen 94

Fahrbahn- oder schiene 95

Geothermievorrichtung 100 Abstand A

Breite Bl

Erste wirksame Schachtläπge Ll zweite wirksame Schachtlänge L2

Seitenkanallänge L3

Medium M

Wärmeres Medium M*

Medium des 1. Kreislaufs Ml

Rotationsachse R

Tiefe Tl

Untergrund U

Winkel W