GeoDT: Digitaler Zwilling Tiefengeothermie. Entwicklung eines Prototyps für den GeoLaB Standort im Odenwald
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GeoDT: Digitaler Zwilling Tiefengeothermie. Entwicklung eines Prototyps für den GeoLaB Standort im Odenwald
01.01.2025 bis 31.12.2027
Prof. Dr. Olaf Kolditz
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), Department für Umweltinformatik
Permoserstr. 15
04318 Leipzig
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Institut für Geowissenschaften (Geohydromodellierung)
GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung, Sektion 4.3 Geoenergie
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (RWTH) Aachen, Lehrstuhl für Numerische Geowissenschaften, Geothermie und Reservoirgeophysik
Technische Universität Darmstadt, Institut für Angewandte Geowissenschaften (Hydrogeologie)
Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Nukleare Entsorgung (INE)
Geoforschung für Nachhaltigkeit (GEO:N)
Tiefengeothermie
Ziel des Verbundprojekts GeoDT ist die Entwicklung und Implementierung von Konzepten Digitaler Zwillinge für tiefengeothermische Systeme am Beispiel des potentiellen Standortes für das Tiefengeothermielabor GeoLaB im kristallinen Grundgebirge (Tromm Granit) des Odenwaldes. Hierzu werden die erforderlichen wissenschaftlichen Datenbestände des Untersuchungsgebietes erfasst und verknüpft sowie fortlaufend aktualisiert und ergänzt, damit der Digitale Zwilling stets den aktuellen Daten- und Wissensstand repräsentiert. Ferner werden verschiedene Simulationssysteme in den Digitalen Zwilling eingebunden, wozu u. a. die geologische Modellierung sowie die Prozesssimulation gehören. Darüber hinaus wird der Digitale Zwilling im Rahmen des GeoLaB Vorhabens z. B. für die Auslegung von in situ Experimenten genutzt. Durch Anwendung von Methoden der Virtuellen Realitäten (xVR) wird der visuelle und intuitive Zugang zu den komplexen Geo- und Prozessdaten ermöglicht. Die informationstechnische Umsetzung des Projekts erfolgt über eine Reihe von quelloffenen Software-Werkzeugen und die Bereitstellung spezifischer Schnittstellen über eine gemeinsame Entwicklungsplattform (GitLab). Eine Besonderheit des GeoDT Projekts ist, dass geowissenschaftliche und geotechnische Aspekte im Digitalen Zwilling verknüpft werden. Neben dem digitalen Abbild des geologischen Systems erfolgt auch die Integration von Methoden digitaler Bohrtechnik. Außerdem werden mit dem Projekt erste Standards für Digitale Zwillinge in der Tiefengeothermie definiert und im Rahmen einer DIN SPEC Initiative veröffentlicht.
Das Verbundprojekt gliedert sich in insgesamt fünf Arbeitspakete (AP). Im Rahmen von AP1 erfolgt die Integration existierender Datenbestände sowie laufender und geplanter Erkundungen im Tromm Untersuchungsgebiet in ein geothermisches Geoinformationssystem (GIS). Hierzu gehört die Erfassung geographischer und weiterer geowissenschaftlicher Daten. Ferner wird ein struktur-geologisches Modell als dreidimensionale Datenbasis für den digitalen Zwilling erstellt. Eine weitere Entwicklung bildet die generische Schnittstelle zur Anknüpfung des struktur-geologischen Modells an Anwendungen in der Bohrtechnik. Im Mittelpunkt von AP2 steht die Zusammenstellung hydraulischer, thermischer und geomechanischer Prozessdaten sowie die Integration von Prozessmodellen in den Digitalen Zwilling. Hierdurch wird der Ausgangszustand (Basislinie) des Untersuchungsgebiets für zukünftige geothermische Untersuchungen beschrieben. Mit der Simulation der Geo-Prozesse erfolgt die Darstellung der großräumigen regionalen Zusammenhänge und deren methodische Einbindung in den Digitalen Zwilling. Der Schwerpunkt von AP3 ist die Virtualisierung zwecks Transformation aller Daten in den dreidimensionalen Raum. Ziel ist es, den komplexen Datenbestand mit Methoden der Virtuellen Realitäten zu visualisieren und deren interaktive Verfügbarkeit sicherzustellen. Neben den geowissenschaftlichen Daten und Prozessen werden dabei auch geotechnische Vorgänge (Forschungsbohrungen) eingebunden. Mit der Visualisierung ist es möglich, nicht nur die wissenschaftlich-technischen Arbeitsschritte zu planen, sondern auch die Kommunikation mit Entscheidungsträgern und Öffentlichkeit zu vereinfachen. Das AP4 spielt mit dem Datenmanagementsystem (DMS) eine zentrale Rolle für das Projekt. Alle verfügbaren Daten werden kontinuierlich in das DMS eingepflegt. Zur Organisation des gesamten Datenbestandes werden standardisierte Metadaten definiert. Das AP5 fungiert innerhalb des Verbundprojekts als Schaltzentrale für die Software-Entwicklung. Schwerpunkte der Arbeiten sind die Weiterentwicklung von Software-Modulen für spezifische Aufgaben und die Programmierung offener Schnittstellen zwischen den Modulen sowie die Demonstration des Software-Konzepts für den GeoLaB Standort im Odenwald. Für die professionelle Software-Entwicklung wird ein GitLab-Repositorium eingerichtet, in dem die Erstellung der Schnittstellen erfolgt. Das Repositorium dient außerdem der Dokumentation, Funktionalitätsprüfung und Qualitätssicherung der Software.