Systemplattform für Bohrlochtools

Plattformbasierte Entwicklung von Werkzeugen für Qualitätsmanagement in der Tiefen-Geothermie

Potentiale und Hürden der Geothermie
Die Geothermie ist eine erneuerbare Energiequelle,  die als Grundlastversorger fungieren kann und dabei ein nahezu unendliches, weltweit verfügbares Potential aufweist. Die Tiefen-Geothermie könnte einen Großteil der benötigten Elektrizität und Wärme, mit konstanter Produktionsrate bereitstellen.

Die Nutzung der Geothermie ist jedoch vernachlässigbar gering, aufgrund der zahlreichen Probleme und Herausforderungen bei ihrer Erschließung und Ausnutzung für die Energieproduktion. Hohe Erschließungskosten ebenso wie technische und wirtschaftliche Risiken im Betrieb, führen zusätzlich zu Akzeptanzschwierigkeiten. Die öffentliche Akzeptanz ist aber ein entscheidender Faktor um eine Technologie zu größerer Bedeutung zu verhelfen. Die Qualität geothermischer Energieproduktion hängt davon ab, wie mit den Herausforderungen und Risiken umgegangen wird. Für ein wirkliches Qualitätsmanagement sind passende Werkzeuge notwendig.

Spezialwerkzeuge für Einsätze in tiefen geothermischen Bohrlöchern
Es gibt zahlreiche Aufgaben, die in tiefen Bohrlöchern durchgeführt werden könnten. Neben der Aufnahme von wissenschaftlichen Daten wie Gesteins- und Thermalwassereigenschaften, gehören dazu auch komplexe Anwendungen wie Video-Inspektionen in verkleideten Bohrlöchern oder dem „open hole“. Weitere Beispiele sind Probennahme, Wartungs- und Reparaturaufgaben.
Ähnliche Werkzeuge werden auch im Öl- und Gassektor benötigt, wo Lagerstätten in immer größeren Tiefen erschlossen werden. Allerdings sind die Randbedingungen in der Tiefen-Geothermie sehr speziell und stellen Entwickelnde vor große Herausforderungen.

Demzufolge ist die Entwicklung von passenden Werkzeugen für spezielle Anwendungen sehr aufwändig und erfordert umfassende Kenntnisse in verschiedenen technischen Feldern des Maschinenbaus, der Mechatronik und Informatik, wie:

• Datenverarbeitung und Übertragung
• Sensoren und Aktoren
• Material- und Verbindungstechnologien
• Thermodynamische Prozesse
• Mechatronische Systeme
• …

Auch wenn die Zahl möglicher Anwendungen groß ist und diese sehr spezialisiert sein können, ist der prinzipielle Aufbau aller Werkzeuge ähnlich. Unabhängig davon welche Sensoren und Aktoren für die individuelle Funktionserfüllung benötigt werden, müssen einige grundlegende Komponenten vorhanden sein, um ein funktionsfähiges System zu bilden. Dazu gehören Komponenten für Datenaufnahme und Verarbeitung, Energieversorgung im Bohrloch, Schutz von empfindlichen Komponenten, Kommunikation mit der Oberfläche, oder Wärmemanagement, um nur die wichtigsten zu nennen.

Da Forschungs- und Entwicklungsprojekte im wissenschaftlichen Bereich zeitlichen und finanziellen Beschränkungen unterliegen, enden sie meist ohne ein funktionsfähiges Gesamtsystem, jedoch vielleicht mit innovativen Elementen, bspw. einem Sensor. Die Idee von ZWERG ist es diese Situation zu überwinden, indem eine Plattform mit standardisierten Basis-Komponenten bereitgestellt wird, die mit Funktionsmodulen kombiniert werden und so komplette, einsatzfähige Systeme bilden können. Hierfür wird auf ein modulares Design gesetzt. Zudem werden wissenschaftliche Lösungen für grundsätzliche technische Herausforderungen entwickelt und in Konzepte und Komponenten überführt. Dadurch können einsatzbereite Werkzeuge,  Zeit- und kostensparend entwickelt werden.

Die Ingenieurs-Plattform für Bohrloch-Werkzeuge erlaubt es neuentwickelte Sensoren und Aktoren in bereitgestellte Standardwerkzeuge zu integrieren, wodurch neue einsatzfähige Systeme entstehen.
Basierend auf Grundlagenforschung im Bereich der Problemfelder, werden technische Lösungen mit hoher Qualität und Universalität entwickelt.

Die Herausforderungen für die Erstellung der Plattform und darauf basierter Werkzeuge erfordern es neueste Technologien in verschiedenen Bereichen zu nutzen und innovative Lösungen zu finden. Dafür werden Kooperationen mit führenden Größen aus