Simulação por elementos finitos da influência de falhas permeáveis em um sistema de armazenamento de energia térmica em poços de profundidade média
APLICAÇÕES GEOTÉRMICAS DE MÉDIA A GRANDE COMPLEXIDADE
Lukas Seib, Bastian Welsch, Claire Bossennec, Matthis Frey, Ingo Sass (2022). Finite element simulation of permeable fault influence on a medium deep borehole thermal energy storage system. Springer Nature – Geothermal Energy, Volume 10, article number 15, (2022) – (link)
Título
Finite element simulation of permeable fault influence on a medium deep borehole thermal energy storage system
(Simulação por elementos finitos da influência de falhas permeáveis em um sistema de armazenamento de energia térmica em poços de profundidade média)
Resumo
Solutions for seasonal energy storage systems are essential for the reliable use of fluctuating renewable energy sources. As part of the research project SKEWS, a medium deep borehole thermal energy storage system with a depth of 750 m is under construction at Campus Lichtwiese in Darmstadt, Germany, to demonstrate this innovative technology. Prior to the design of SKEWS, the geological context in the surroundings of the project location was investigated using archive drilling data and groundwater measurements. The geologic survey suggests the assumption that the uppermost part of the intended storage domain is crosscut by a normal fault, which displaces the Permian rocks east of Darmstadt against granodioritic rocks of the Odenwald crystalline complex. A 3D finite-element numerical model was implemented to estimate the effect of the potentially higher hydraulic conductivity of the fault zone on the planned storage system. For this purpose, a storage operation over a time span of 30 years was simulated for different parametrizations of the fault zone. The simulations reveal a limited but visible heat removal from the storage region with increasing groundwater flow in the fault zone. However, the section of the borehole thermal energy storage system affected by the fault is minor compared to the total depth of the system. This only constitutes a minor impairment of the storage efficiency of approximately 3%. In total, the amount of heat extracted varies between 320.2 GWh and 326.2 GWh for the different models. These findings can be helpful for the planning and assessment of future medium deep borehole thermal energy storage systems in fractured and faulted crystalline settings by providing data about the potential impact of faults or large fractures crosscutting the storage system.
TRADUÇÃO LIVRE
Soluções para sistemas de armazenamento sazonal de energia são essenciais para o uso confiável de fontes de energia renováveis flutuantes. Como parte do projeto de pesquisa SKEWS, um sistema de armazenamento de energia térmica em poço médio com profundidade de 750 m está em construção no Campus Lichtwiese em Darmstadt, Alemanha, para demonstrar essa tecnologia inovadora. Antes do projeto do SKEWS, o contexto geológico nos arredores do local do projeto foi investigado usando dados de perfuração de arquivo e medições de águas subterrâneas. O levantamento geológico sugere a hipótese de que a parte superior do domínio de armazenamento pretendido é atravessada por uma falha normal, que desloca as rochas do Permiano a leste de Darmstadt contra as rochas granodioríticas do complexo cristalino de Odenwald. Um modelo numérico de elementos finitos 3D foi implementado para estimar o efeito da condutividade hidráulica potencialmente mais alta da zona de falha no sistema de armazenamento planejado. Para esse fim, foi simulada uma operação de armazenamento ao longo de um período de 30 anos para diferentes parametrizações da zona de falha. As simulações revelam uma remoção de calor limitada, mas visível, da região de armazenamento com o aumento do fluxo de água subterrânea na zona de falha. No entanto, a seção do sistema de armazenamento de energia térmica do poço afetada pela falha é menor em comparação com a profundidade total do sistema. Isso constitui apenas um pequeno prejuízo à eficiência de armazenamento de aproximadamente 3%. No total, a quantidade de calor extraída varia entre 320,2 GWh e 326,2 GWh para os diferentes modelos. Essas descobertas podem ser úteis para o planejamento e avaliação de futuros sistemas de armazenamento de energia térmica em poços médios profundos em ambientes cristalinos fraturados e com falhas, fornecendo dados sobre o impacto potencial de falhas ou grandes fraturas que atravessam o sistema de armazenamento.
Artigo publicado no site Springer Nature – Geothermal Energy Journal.
