@phdthesis{Otto2017,
  author    = {Otto, Christopher},
  title     = {Numerical analysis of thermal, hydraulic and mechanical processes in the near- and far-field of underground coal gasification reactors},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-404625},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {XII, 115},
  year      = {2017},
  abstract  = {Die Untertagevergasung von Kohle (UTV) erm{\"o}glicht die Erschließung konventionell nicht f{\"o}rderbarer Kohleressourcen und bietet dadurch Potenzial zur Erh{\"o}hung der weltweiten Kohlereserven. Bei der in-situ Kohleumwandlung entsteht ein hochkalorisches Synthesegas, das elektrifiziert oder zur Gewinnung chemischer Rohstoffe und synthetischer Kraftstoffe eingesetzt werden kann. Neben den wirtschaftlichen M{\"o}glichkeiten, bestehen jedoch auch standort-spezifische Umweltgef{\"a}hrdungspotentiale durch Subsidenz und Schadstoffmigration von UTV-R{\"u}ckst{\"a}nden in nutzbare Grundwasserleiter. Eine nachhaltige und effiziente UTV erfordert ein umfangreiches Verst{\"a}ndnis der thermisch, hydraulisch und mechanisch gekoppelten Prozesse im UTV-Reaktornahbereich. Aufgrund der hohen Investitionskosten von UTV-Pilotanlagen, sind numerische Simulationen gekoppelter Prozesse von entscheidender Bedeutung f{\"u}r die Bewertung m{\"o}glicher UTV-Umweltauswirkungen. Im Rahmen dieser Arbeit wird die UTV-induzierte Permeabilit{\"a}tsver{\"a}nderung, Erzeugung m{\"o}glicher hydraulischer Kurzschl{\"u}sse benachbarter Reaktoren und Dynamik nicht-isothermer Multiphasenfl{\"u}sse mit gekoppelten Simulationen analysiert. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass eine Implementierung temperaturabh{\"a}ngiger thermo-mechanischer Gesteinsparameter nur f{\"u}r Untersuchungen von Permeabilit{\"a}ts-{\"a}nderungen im Reaktornachbereich notwendig ist. Die Ergebnisse erlauben somit eine recheneffiziente Realisierung von komplexen thermo-mechanisch gekoppelten Simulations-studien regionalskaliger Modelle mit konstanten Gesteinsparametern, bei nahezu gleichbleibender Ergebnisgenauigkeit, die zur Bewertung von UTV-Umweltgef{\"a}hrdungs-potenzialen beitragen. Simulationen zur Ausbildung hydraulischer Kurzschl{\"u}sse zwischen einzelnen UTV-Reaktoren auf regionaler Skala, verdeutlichen die Relevanz von geologischen St{\"o}rungen an einem UTV-Standort, da diese durch Reaktivierung hydraulische Verbindungen induzieren und somit einen effizienten und nachhaltigen UTV-Betrieb negativ beeintr{\"a}chtigen k{\"o}nnen. In diesem Zusammenhang kommt der Ausbildung einer Wasserdampfphase, der sogenannte „steam jacket", im Hochtemperaturnahbereich von UTV-Reaktoren, als potenzielle Barriere zur Vermeidung von UTV-Schadstoffaustritten und zur potenziellen Minimierung von Energieverlusten eine entscheidende Bedeutung zu. Diese steam jackets entstehen durch evaporiertes Formationswasser und sind komplexe nicht-isotherme Multiphasenfluss-Ph{\"a}nomene. F{\"u}r ein verbessertes Prozessverst{\"a}ndnis dieser Multiphasenfl{\"u}sse, wurde ein neuartiges Modellkonzept entwickelt, welches, validiert gegen Feldversuchsdaten, erstmals sowohl eine Quantifizierung als auch Prognose von Wasserflussraten in und aus einem UTV-Reaktor erlaubt. Die Ergebnisse der vorgelegten Doktorarbeit bilden eine wichtige Grundlage f{\"u}r eine erfolgreiche Integration gekoppelter thermo-hydro-mechanischer Simulationen in weiterf{\"u}hrende Studien. Vor dem Hintergrund hoher UTV-Umweltgef{\"a}hrdungspotentiale, k{\"o}nnen diese zur verbesserten Bewertung und Minderung von UTV-Umweltauswirkungen beitragen, sowie die UTV-Effizienz nachhaltig optimieren.},
  language  = {en}
}