Fachgebiet Geothermie

Kurzbeschreibung: Umweltingeneurewesen, Wintersemester, Pflicht, 5 ECTS, Klausur

Lernziele

Die Studierenden erwerben Grundkenntnisse über den Aufbau der Erde und die zugrunde liegenden erdgeschichtlichen Prozesse und erhalten Einblick in die wichtigsten Konzepte und Methoden der angewandten Geologie und der angewandten Geophysik und deren Teildisziplinen. Mit dem erfolgreichen Absolvieren dieses Moduls sind Studierende in der Lage ...
Kenntnisse
– Den Sphärenaufbau der Erde sowie die plattentektonischen Prozesse wiederzugeben.
– Die grundlegenden geologischen und gesteinsbildenden Prozesse zu beschreiben.
– Die wichtigsten Georessourcen zu benennen und deren Verfügbarkeit wiederzugeben.
– Grundlagen aus den angewandten geowissenschaftlichen Teildisziplinen Hydrogeologie, Mineralogie, Seismologie, Lagerstättenkunde, Strukturgeologie
und Geothermie wiederzugeben.
Fertigkeiten
– Gesteine und Minerale mittels einfacher Methoden anzusprechen, zu beschreiben und zu klassifizieren.
– Den Rohstoffinhalt von Georessourcen mittels einfacher Methoden abzuschätzen.
– Einfache geologische Kartenbilder in geologische Schnitte zu übertragen.
– Einfache Berechnungen aus Teildisziplinen der angewandten Geowissenschaften durchzuführen.
Kompetenzen
– Wichtige geologische Prozesse in Raum und Zeit einzuordnen

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Kurzbeschreibung: Regenerative Energiesysteme, Wintersemester, Pflicht, 5 ECTS, Klausur

Lernziele

Die Studierenden lernen verschiedene Technologien zur Strom- und Wärmeerzeugung kennen und diese hinsichtlich ihrer Einsatzbereiche und ihrer Auswirkungen auf Umwelt und Klima vergleichend zu beurteilen. Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage,...
Kenntnisse
– Grundbegriffe der Energietechnik zu erläutern,
– Arten, Eigenschaften und Aufbereitung regenerativer und nicht-regenerative Energieträger zu benennen,
– Den Einfluss der Energieerzeugung auf Umwelt und Klima zusammenzufassen,
– Die Funktionsweise, Einsatzmöglichkeiten und Umweltauswirkungen der verschiedenen Technologien zur Strom- und Wärmeerzeugung und -speicherung zu erläutern,
Fertigkeiten
– Einfache energetische und exergetische Bewertungen von Energiesystemen durchzuführen,
– Einfache Wirtschaftlichkeitsberechnungen für Energieerzeugungsanlagen durchzuführen,
Kompetenzen
– Einfache Energiekonzepte für konkrete Fallgestaltungen zu erstellen,
– Umweltauswirkungen verschiedener Technologien der Energieerzeugung vergleichend zu bewerten.

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Kurzbeschreibung: Umwelt- und Bauingeneurewesen, Wintersemester, Wahlpflicht, 5 ECTS, Klausur

Lernziele

Die Studierenden erwerben Kenntnisse der geologischen Voraussetzungen, der genehmigungsrechtlichen Rahmenbedingungen und der einschlägigen technischen Verfahren für die Erschließung und Nutzung der Geothermie mit einem Fokus auf der oberflächennahen Geothermie. Mit dem erfolgreichen Absolvieren dieses Moduls sind Studierende in der Lage ...
Kenntnisse
– Potenziale und Einsatzfelder der Geothermie zu benennen,
– Funktionsprinzipien verscheidener geothermischer Nutzungsarten zu erläutern,
– Arbeitsweisen von Wärmepumpen zu beschreiben, Fertigkeiten
– Das Potenzial eines Standortes für eine Geothermienutzung auf Basis der örtlichen Geologie abzuschätzen,
– Die rechtlichen Anforderungen für eine Geothermienutzung fallbezogen zu identifizieren,
– Geothermal Response Tests auszuwerten,
– Auslegungsrechnungen für Geothermieanlagen <30 kW gemäß VDI 4640 durchzuführen,
– Einfache Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen für Geothermieanlagen <30 kW durchzuführen,
Kompetenzen
– Nutzungsmöglichkeiten der oberflächennahen Geothermie für bestimmte Standorte zu bewerten,
– Eine Empfehlung für eine Nutzungsmöglichkeit der oberflächennahen Geothermie für einen bestimmten Standort auszusprechen und
– Problematische geologische Formationen zu identifizieren.

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Kurzbeschreibung: Umwelt- und Bauingeneurewesen, Sommersemester, Wahlpflicht, 5 ECTS, Klausur

Lernziele

Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls sollen die Studierenden in der Lage
sein, die verschiedenen Technologien zur Strom- und Wärmeerzeugung hinsicht-
lich ihrer Einsatzbereiche, ihrer Effizienz und ihrer Auswirkungen auf Umwelt und
Klima beurteilen zu können. Des Weiteren sollen die Studierenden ein Verständ-
nis der Mechanismen des Energiehandels und der Preisbildung auf den Strom-
und Gasmärkten entwickeln.
Kenntnisse
– Grundbegriffe der Energiewirtschaft
– Statistiken zum aktuellen und Prognosen zum zukünftigen Energieverbrauch
– Einfluss der Energieerzeugung auf Umwelt und Klima
– Prinzipien der Stromerzeugung aus fossilen Energieträgern, Kernkraft und erneuerbaren Energien
– Prinzipien der Stromverteilung und -speicherung
– Prinzipien der Wärmeerzeugung, -verteilung und -speicherung
– Mechanismen und Wertschöpfungsebenen des Strom- und des Gasmarktes
Fertigkeiten
– Funktionsweise und Einsatzbereiche der verschiedenen Technologien zur Strom- und Wärmeerzeugung, -verteilung und -speicherung erläutern können
– Zusammenhänge zwischen Energieerzeugung und Klimaveränderungen aufzeigen können
– Schlüsselfaktoren für die Preisbildung bei Strom, Gas und Wärme identifizieren können
Kompetenzen
– Vergleichende Abschätzung der Umweltauswirkungen verschiedener Technologien der Energieerzeugung
– Durchführung einfacher Stoff-/Energiestromberechnungen für Energieerzeugungsanlagen/-netze
– Durchführung einfacher Wirtschaftlichkeitsberechnungen für Energieerzeugungsanlagen

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Brief description: Environmental Engineering, winter semester, elective subject, 5 ECTS, written exam

Learning goals

The course focuses on shallow geothermal systems. The students will learn the basic steps from the dimensioning of the heat pump over the simple design of different shallow geothermal source systems to the simulation-based design of larger borehole heat exchanger arrays. Upon successful completion of the module, students will be able to ...
Knowledge
– Describe the working principle of geothermal heat pumps and HVAC equipment
– Describe in detail the structure and operating principle of the various utilization systems of shallow geothermal energy.
– Explain the thermodynamic processes taking place in and around various shallow geothermal systems.
Skills
– Dimension the heat pump for a given specific building heating demand accor-
ding to the stae of the art.
– Dimension horizontal collectors and borehole heat exchangers by means of the German guideline VDI 4640.
– Use common simulation software to dimension BHE systems
– Execute and evaluate Thermal Response Tests (TRT)
– Identify critical geological formations and adapt the choice and layout of the system to them.
Competencies
– Choose a suitable geothermal system (BHE, collector, well) in dependence of specific site conditions.
– Differentiate advantages and limits of different design and simulation approaches and to choose a suitable design method for the respective shallow geothermal system.
– Critically question and evaluate design and simulation results.

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Brief description: Environmental Engineering, summer semester, elective subject, 5 ECTS, written exam

Learning goals

The course focuses on deep geothermal systems. The students will learn the basic componets, thermodynamic principles and stages in the development of geothermal power plants. Upon successful completion of the module, students will be able to ...
Knowledge
– Explain the components of deep geothermal systems and geothermal power plants.
– Differentiate methods of enhancing geothermal reservoirs.
– Distinguish between different types of power plants, explain their operating principle and illustrate it in the form of process diagrams.
Skills
– Understand the thermodynamic processes in a geothermal power plant and estimate the output of a power plant via simplified thermodynamic considerations.
– Weigh the social and environmental implications associated with deep geothermal projects and know appropriate actions to counteract them.
Competencies
– Evaluate site-specific conditions and, based on this, develop the deep geothermal concept best suited for the site in question.
– Explain the steps required for successful geothermal project development and adapt them to the particular constraints.

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Brief description: Environmental Engineering, summer semester, elective subject, 5 ECTS, portfolio examination

Learning goals

The course deals with the basic physical phenomena of groundwater flow, and groundwater flow related mass and heat transport processes in the subsurface.
Moreover, it gives an introduction to practice related numerical simulation of these processes. Upon successful completion of the module, students will be able to ...
Knowledge
– Decribe the fundamentals of hydrogeology.
– Explain groundwater flow and the related mass and heat transfer processes in the subsurface
Skills
– Plan and design water wells / plan, perform and evaluate well pumping tests.
– Perform numerical groundwater flow and transport simulations in a state-of-the-art simulation environment.
Competencies
– Capture and assess the hydrogeological situation at a site and to transfer this into a numerical model concept.
– Evaluate and critically question the results of a numerical groundwater flow and transport simulation.

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Brief description: Environmental Engineering, winter semester, elective subject, 5 ECTS, portfolio examinatio

Learning goals

Students will learn the fundamentals of geothermal geology, the differentiation of different geothermal play types and the application of methods and concepts to estimate the geothermal potential of a certain region. Upon successful completion of the module, students will be able to ..
Knowledge
– Distinguish different geothermal play types and sketch their typical structure,
– Specify the thermal and hydraulic characteristics of different geothermal plays,
– Specify ranges of thermo-physical and hydraulic reservoir properties of a reservoir for an efficient production,
– Explain the procedure for outcrop analog studies,
Skills
– Identify suitable regions for geothermal power and heat generation from their geological setting,
– Identify problematic geological formations for shallow geothermal systems,
– Apply methods to estimate the geothermal potential of a certain location,
Competencies
– Transfer the geothermal play type concept to unexplored geothermal locations,
– Develop adapted geochemical and geophysical exploration strategies,
– Extract relevant information from geoscientific publications, to present them and to question and discuss the scientific positions.

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Wegener, L. (2024) - Erarbeitung eines Businessmodels für die Separation von H2-Erdgas-Gemischen mittels Membran

Sommerfeld, F. (2024) - Thermisches Potential zur netzgebundenen Wärme- und Kälteversorgung eines See-Fluss-Systems: Eine theoretische Analyse am Beispiel des Baldeneysees in Essen

Üstün, B. (2023) - Analyse des kombinierten Betriebes einer erdwärmesondengekoppelten Wärmepumpenheizung mit photovoltaisch-thermischen Kollektoren für ein Wohngebäude

Römer, M. (2023) - Untersuchung von Synergieeffekten einer erdwärmesondenbasierten Heizungsanlage in Kombination mit einer Photovoltaikanlage für ein Wohngebäude

von Polheim, M. (2022) - Dimensionierung einer Geothermieanlage für ein saniertes Einfamilienhaus
in Oberramstadt-Wembach (Hessen) nach energetischen
und wirtschaftlichen Kriterien

Quiehl, S. (2022) - Energetische, ökologische und ökonomische Bewertung von Erdwärmesondensystemen für die Wärmeversorgung von Bestandsgebäuden

Sampath Katravulapalli, S. (2023) - Development and optimization of a workflow for the transfer of geological 3D models from Petrel to Feflow

Chiramel George, T. (2023) - Integration of ORC geothermal power plant with different modern technologies for energy recovery using base data from Upper Rhine Graben, Germany