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Thermischer Speicher
BMWi
Langzeitwärmespeicher 9.1.2017

Vereinfachte Darstellung der Funktionsweise des Aquiferspeicherbetriebs während der Einspeicherung (links) und Ausspeicherung (rechts).
© Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ)

Saisonale Wärmespeicherung in Aquiferen

Aquifere haben eine hohe Speicherkapazität und besitzen ein großes

Potenzial als saisonaler Wärme- oder Kältespeicher. In einem

Forschungsprojekt entwickelten Forscher nun verbesserte Speicherkonzepte

für die Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden und ganzer

Stadtquartiere. Dazu verknüpften sie die Kompetenzen verschiedener

Fachgebiete wie der Energietechnik, der Geochemie und Hydrogeologie, der

Architektur und des Städtebaus.

Projektstatus Projekt abgeschlossen
Temperaturtyp Niedertemperatur
Speichereffekt Temperaturänderung (sensible Wärme)
Speichermedium Grundwasser und Gestein
Speicherung/Ladung Direkt
Speicherzeit Lang (saisonal)
Zyklenzahl Keine Begrenzung
Ladetemperatur (-bereich) 5 – 90 °C
Entladetemperatur (-bereich) 5 – 90 °C
Speicherkapazität Bis 50 GWh
Energiespeicherdichte 2,5 Mj/m³/K
Projektlaufzeit Dezember 2012 bis November 2016

Potenziale heben

In Deutschland demonstrieren bereits drei Projekte - bei den Berliner Parlamentsbauten, sowie in Rostock und Neubrandenburg - die Machbarkeit von Energiesystemen mit Aquiferspeichern. Trotz des großen Bedarfs an Energiespeicherung und des weit verbreiteten Potenzials für Aquiferspeicher bestehen Hemmnisse für eine breite Markteinführung. In dem Forschungsvorhaben soll ein standortunabhängigen Auslegungskonzeptes entwickelt werden, um die Planung verlässlicher und effizienter thermischer Aquiferspeicher zu ermöglichen und damit einen Beitrag zum zukünftigen Ausbau dieser Technologie zu leisten. Hierbei spielen insbesondere die betriebssichere Einbindung von Aquiferspeichern, die Weiterentwicklung der zugehörigen Anlagentechnik zur Wärmetransformation sowie die energetische Effizienz des Gesamtsystems eine zentrale Rolle.

  • Vergleich von modellhaft berechneten Temperaturen (Symbole) und gemessenen Temperaturen (Linien) für die kalte und warme Bohrung eines Aquiferwärmespeichers. © Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ)
  • Vereinfachte Darstellung der Funktionsweise des Aquiferspeicherbetriebs während der Einspeicherung (links) und Ausspeicherung (rechts). © Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ)

Wechselwirkungen verstehen

Energiesysteme mit Aquiferspeichern bestehen aus verschiedenen Teilsystemen die sich gegenseitig beeinflussen. Wechselwirkungen bestehen zwischen dem Untergrund inklusive dem Grundwasser als Wärmeträgermedium, der Energieanlagentechnik und letztlich auch den Nutzern, die die Energiebedarfsstruktur bestimmen. Das Zusammenwirken dieser Teilsysteme bestimmt wesentlich die Zuverlässigkeit und Effizienz des Gesamtsystems. Verbesserungspotenziale können nur durch eine ganzheitliche Systembetrachtung gehoben werden.

Systemanalysen und experimentelle Untersuchungen

Angepasst an den Untergrund und die konkreten Einsatzbedingungen werden unterschiedliche  Speicherkonfigurationen entwickelt. Sie sollen sowohl die Anforderungen an eine hohe Betriebssicherheit erfüllen als auch eine energetisch optimale Integration in Energieversorgungssysteme garantieren. Hierbei setzen die Forscher geeignete Modellierungs- und Simulationswerkzeuge ein und kombiniert mit Ergebnissen aus Laborexperimenten sowie Erfahrungen aus bestehenden Speichersystemen.

Die Aquifer-Eigenschaften und der Stofftransport im Aquifer sollen betriebsnah unter den variablen Bedingungen eines thermischen, siliziklastischen Aquiferspeichers charakterisiert werden, so dass die damit verbundene mögliche Permeabilitätsveränderung erfasst werden kann. Hierfür werden Labor- und Feldversuche durchgeführt.

Auch die Energieanlagentechnik steht im Fokus. Die Wissenschaftler entwickeln eine flexible Anlagenkonfiguration, die den Anforderungen des Aquiferspeichers und der Verbraucher der Liegenschaft sowohl im Heiz- als auch im Kühlbetrieb gerecht wird. Dazu erstellen sie Systemmodelle der Energiewandlung und führen experimentelle und theoretische Untersuchungen an einem Wärmetransformator durchgeführt, da hierzu fast keine neuere experimentelle Erfahrung vorliegt.

Es wird ein vereinfachtes Stadtquartier-Systemmodell entwickelt. Damit untersuchen die Forscher, wie die Energieversorgung verschiedener Gebäudetypen für den Einsatz von Aquifer-Wärmespeichern mit und ohne Einsatz von Wärmepumpen oder Wärmetransformatoren angepasst werden kann. Auch die Möglichkeiten zur Nutzung solarer Energie auf Dach-, Fassaden- und Freiflächen des Stadtquartiers werden berücksichtigt. Das Modell soll der Auslegung dienen und Optimierungspotenzial aufzeigen.

Projektstatus

Im Frühjahr 2013 begann die Charakterisierung des Untergrundes am Campus TU Berlin, erste Arbeiten zur Speichereinbindung und Gesamtsystembetrachtung wurden durchgeführt. Die Anforderungen an die Auslegungsparameter der Energiewandlungssysteme werden festgelegt und Schnittstellen zwischen Aquifer, Anlagentechnik und Liegenschaft auf Modell-, Simulations- und technischer Ebene definiert. Laborexperimente zu den Fluid-Gestein-Wechselwirkungen unter Berücksichtigung verschiedener Temperaturen sind in Vorbereitung.

Gefördert durch die Bundesregierung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

Termine

22. August 2017
Intersolar South America

12. September 2017
Energiespeicher & Energieeffizienz 2017

21. September 2017
Elektromobilität im ÖPNV

» Alle Termine

Projektadressen

Ansprechpartner
  • Dr. Ali Saadat
    Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ International Centre for Geothermal Research ICGR Sektion 6.2 Geothermische Energiesysteme
Weitere Adressen

Infobox

Auf der Webseite des GFZ Potsdam kann tagesaktuell die erreichte Bohrteufe eingesehen werden.

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.