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Nutzbarmachung von geologischen Strukturen, zum Zweck der thermischen Energiespeicherung

Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, die technologischen, entscheidungstheoretischen und ökonomischen Hemmnisse für die Anwendung von geologischen thermischen Energiespeichern zu reduzieren beziehungsweise zu beseitigen, um das unzweifelhaft hohe Potential dieser Technologie zu nutzen. Dazu werden unter Anderem neuartige Exploration-, und Monitoringmethoden, Speichertypen, Lagerstätten als auch Speichersystemssimulationssoftware sowie spezialisierte Bohrtechnologie benötigt

Ausgangssituation

Die kosteneffiziente Bereitstellung von Wärmespeichern ist eine Schlüsseltechnologie für eine
effektivere Nutzung von Abwärme, für die Errichtung von solaren Wärmenetzen, als auch für die
Entkopplung von Wärme und Strommarkt, sowie den effektiveren Einsatz von
Kraftwärmekopplungsanlagen und Wärmepumpen.
Die Nutzung des Untergrundes als Wärmespeicher ist naheliegend und es wurden für diesen Zweck
bereits einige Techniken entwickelt und die Funktionalität in Demonstrationsanlagen getestet.
(Kiesbeckenspeicher, Erdsondenspeicher, Aquiferspeicher). Erfolgreichstes Beispiel dieser Technologie
sind große Kiesbeckenspeicher in Kombination mit Solaranlagen, KWKs und Wärmepumpen zur
Unterstützung von Wärmenetzen in Dänemark (z.B.: Marstal)
Der in diesem Forschungsprojekt entwickelte Speichertyp soll bei gleichen oder besseren technischen
Eigenschaften die Errichtungskosten solcher Großspeicher noch deutlich senken. Dafür wird in einem
vorhandenen Grundwasserleiter (der nach unten hin durch einen Stauer abgeschlossen ist) mit Hilfe von
vertikalen Abdichtungsmaßnahmen aus dem Spezialtiefbau ein künstliches Reservoir erzeugt, welches
über das Medium Wasser als Speicher genutzt werden kann.

Projektverlauf

Das Projekt umfasst folgende Schwerpunkte welche auch die Arbeitspakete darstellen:

AP I    Technische und wirtschaftliche Rahmenbedingungen
AP II   Geo- Hydrogeologie; Mess- Explorationstechnik; Geophysik
AP III Thermodynamische Lagerstättensimulation
AP IV   Industrialisierte Speichererrichtung
AP V    Betrieb; Test und Monitoring

Ergebnisse

Es wurde alle notwendigen Grundlagen zur Exploration, Simulation als auch für die Speichersteuerung
bzw. das Monitoring entwickelt und damit die Forschungsziele erreicht.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein derartiger Speicher in Kombination mit einer Biogasanlage
und einer Trocknungsanlage insgesamt (und im Vergleich zu anderen Möglichkeiten der
Abwärmenutzung) eine gute Wirtschaftlichkeit erreichen und die Anlage längerfristig unabhängiger von
Stromförderungen machen kann.
Die Wirtschaftlichkeit in Kombination mit solaren Netzen ist wie erwartet (aufgrund der hohen
Investitionskosten in die Wärmebereitstellung) deutlich schwerer allerdings sind derartige Projekte in
Dänemark bereits wirtschaftlich durchgeführt worden, der hier entwickelte Speicher bietet ein
Kosteneinsparungspotential von ca. 20 – 30 % bei vergleichbaren Eigenschaften zu der letzten
Generation der dort verwendeten Erdbeckenspeicher, ist aber stärker von der Geologie abhängig. Auch
sind derartige Projekte erst ab einer Speichergröße von mindestens ca. 100.000 m³ technisch und
wirtschaftlich sinnvoll.
Die ursprünglich nur als Konzeptentwicklung vorgesehene Single Well Sonde konnte als
Funktionsprototyp konstruiert und erfolgreich getestet werden.
Die Beladealgorithmen, die Speichersteuerung & Visualisierung bzw. das Monitoring konnten an einem
realen Speicher (Funktionsprototyp) entwickelt und ebenfalls erfolgreich getestet werden