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unilogo Universität Stuttgart
Institute of Hydraulic Engineering

Research: Dept. of Hydromechanics and Modeling of Hydrosystems

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Simulation von Gaspumpversuchen
Project manager:Prof. Dr.-Ing. Rainer Helmig
Deputy:Prof. Dr.-Ing. Reinhard Hinkelmann
Research assistants:Dr.-Ing. Steffen Oliver Ochs
Duration:1.7.2003 - 31.12.2003
Funding:Deutsche Montan Technologie GmbH (DMT)
Publications: Link

Abstract:

In Folge des Abbaus von Steinkohle kommt es zu einer vermehrten Freisetzung von Methan, das an die Erdoberfläche migriert und dort bereichsweise zu erheblichen Nutzungseinschränkungen von Flächen und Gebäuden führen kann. Aus diesem Grund wird unter anderem versucht, das Methan kontrolliert über Brunnen abzuführen. Dazu werden meist Brunnen in das Grubengebäude oder in geologische Strukturen, in denen sich Methan sammelt, abgeteuft. Bei entsprechender Konzentration und Fördermenge kann das extrahierte Gasgemisch einer energetischen Verwertung zugeführt werden. Dabei kann das Gasgemisch als Brennstoff für Blockheizkraftwerke (BHKWs) verwendet, was jedoch eine minimale Methankonzentration von rund 33 - 35 Vol. % voraussetzt. Der Bau und Betrieb eines BHKW erfordert Investitionen in erheblichem Umfang. Aus diesem Grunde muss bereits bei der Planung gewährleistet werden, dass langfristig ausreichende Mengen an Methan mit Konzentrationen über 33 Vol. % gefördert werden können. Zur Erschließung solcher "Schwachgaslagerstätten'' fehlen bis heute zuverlässige Tests, mittels derer die Ergiebigkeit und der optimale Betrieb der Extraktionsbrunnen bestimmt werden kann. Aus diesem Grunde wurde der Lehrstuhl für Hydromechanik und Hydrosystemmodellierung mit der numerischen Simulation von Gaspumpversuchen durch die Deutsche Montan Technologie GmbH beauftragt.

Im Rahmen der durchgeführten Studie konnte das Prozessverständnis für Gaspumpversuche im Untergrund erweitert werden. Mit dem verwendeten Gasströmungsmodell war es möglich, eine Ausgangsvariante auf die im Feld gemessenen Unterdrücke zu eichen. Darauf aufbauend wurden Varianten zur passiven und aktiven Entgasung untersucht. Mit Hilfe der durchgeführten Simulationen war es möglich, die an die Erdoberfläche migrierenden Methanmengen bzw. die durch die Deckschicht angesaugte Luftmengen zu quantifizieren und Empfehlungen für den optimalen Betrieb der Extraktionsbrunnen zu geben.