Condition monitoring for predictive maintenance adapted to geothermal electric submersible pumps (COMPRESS)

Im Projekt COMPRESS (Condition monitoring for predictive maintenance adapted to geothermal electric submersible pumps) entwickeln zwei Hochschulen der Partnerschaft ruhrvalley eine intelligente Pumpenüberwachung für die Tiefengeothermie, die die Wirtschaftlichkeit der Anlage verbessert. Die Projektleitung liegt bei Prof. Dr. Sabine Sachweh (FH Dortmund) und Prof. Dr. Michael Brodmann (Westfälische Hochschule Gelsenkirchen Bocholt Recklinghausen).

Herausforderung

Im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energieformen ist die Geothermie noch eine junge Technologie, die erst seit wenigen Jahren größere Aufmerksamkeit weckt. Genutzt wird die Tiefengeothermie vor allem für die Wärmeversorgung, es gibt jedoch auch erste Projekte zur Stromerzeugung. Anders als etwa Wind- und Sonnenenergie ist diese Energieform ständig verfügbar, ein Nachteil sind aber die hohen technischen Anforderungen bei der Nutzung von Wärme aus Tiefen von mehr als 400 Metern. Die Förderpumpentechnik ist extremen Belastungen durch hohe Temperaturen und teils hohen Mineralgehalt ausgesetzt. Dies führt zu Verschleiß und Ablagerungen, die den Wirkungsgrad und damit auch die Wirtschaftlichkeit stark reduzieren. Hinzu kommt, dass die zur Überwachung notwendige Sensorik meist nach wenigen Monaten ausfällt; die Pumpe hält selten länger als zwei Jahre. Für den Ausbau der Tiefengeothermie ist daher eine Weiterentwicklung der Pumpensysteme unerlässlich.

Ziele und Vorgehen

Die COMPRESS-Projektpartner bauen ein Monitoring-System auf, das Betriebszustände von Tauchkreiselpumpen detailliert erfasst. Individuell angepasste Auswertungsalgorithmen liefern Informationen über den gegenwärtigen Zustand der Pumpe und ermöglichen Aussagen über potenzielle Schäden. Damit können Wirkungsgrad und Lebensdauer der Anlage gesteigert und so die Wirtschaftlichkeit verbessert werden. Grundlage für die Messung von Druck, Temperatur und Beschleunigung sind faseroptische Sensoren (Lichtwellenleiter), die Fehlerquellen von Pumpen in der Tiefengeothermie aufspüren und Schwachstellen identifizieren. Die Sensoren sollen Temperaturen bis 150 °C, Drücke bis 70 bar und Vibrationen bis 1000 Hz in drei Achsen aufnehmen können. Um die Sensorwerte zu speichern und mit Methoden des maschinellen Lernens zur Ableitung von Wartungsempfehlungen nutzen zu können, wird eine laufzeitrobuste COMPRESS-Plattform entwickelt und in einer Pilotanlage zur Überwachung von Tauchkreiselpumpen in tiefengeothermischen Anlagen getestet. Um dies für ein breites Anwendungsspektrum nutzen zu können, werden verschiedene Pumpengrößen und -systeme betrachtet.

Innovationen und Perspektiven

Der innovative Kern des Projekts liegt in der Anbindung einer intelligenten Pumpenüberwachung für den Einsatz in der Tiefengeothermie an ein Condition-Monitoring-System. Ein Monitoring, das zum einen das ganze System von den Messaufnehmern über die Datenübertragung bis hin zu Datenspeicherung und Auswertung berücksichtigt und zum anderen eine Prognose auftretender Schäden ermöglicht, ist in dieser Form nicht bekannt. Das wirtschaftliche Interesse daran ist im Hinblick auf die geplanten Geothermieprojekte in der Metropole Ruhr groß. Die Projektpartner wollen nach erfolgreicher Validierung die Ergebnisse in ein industriegeführtes Folgeprojekt übertragen und einen Prototyp entwickeln. Das Forschungsvorhaben liefert zudem einen entscheidenden Beitrag zur Erreichung der Ziele der Impulspartnerschaft ruhrvalley und knüpft an das Projekt „Smart Solar Geothermal energy Grid Ruhr“ an.