Hochtemperatur-Wärmespeicherung

Betreuer: Prof. Dr. Thomas Kohl

Bearbeiter: Kai Stricker

Eine klimaneutrale Gesellschaft erfordert Lösungen für den steigenden Anteil von erneuerbaren Energien. Eine zentrale Herausforderung der erneuerbaren Energien ist die zeitliche Diskrepanz zwischen ihrer primären Verfügbarkeit im Sommer (insbesondere im Falle von Solarenergie) und dem Energiebedarf im Winter (z.B. für Heizzwecke). Diese Diskrepanz erfordert Energiespeicher mit hohen Kapazitäten. Wärmespeicherung in Aquiferen (Aquifer thermal energy storage; ATES) ist eine hervorstehende Technologie mit einer Speicherkapazität von mehr als 2,5 TWh pro Jahr, die vor allem in den Niederlanden genutzt wird (z.B. für die Beheizung von Gewächshäusern). Hochtemperatur-Wärmespeicher (High-temperature (HT) ATES) besitzen das Potential die derzeitige Nutzung mit Fokus auf die Beheizung von Privathaushalten oder Gewächshäusern auf industrielle Prozesse oder Fernwärmenetze zu erweitern. Ehemalige Kohlenwasserstoffprovinzen könnten die notwendigen Reservoirbedingungen für die Realisierung von HT-ATES Systemen liefern. Der Oberrheingraben (ORG) repräsentiert ein solches System und weist außerdem einen der höchsten Temperaturgradienten in Zentraleuropa von bis zu 100 K km^-1 auf.

Diese Doktorarbeit adressiert verschiedene Aspekte der Charakterisierung von ehemaligen Kohlenwasserstoffreservoiren für HT-ATES. In einer ersten Studie wurden verfügbare geologische und petrophysikalische Daten zusammen getragen und in ein numerisches Modell überführt, um die generelle Eignung des ORG für HT-ATES zu untersuchen und die Speicherkapazität von ehemaligen Kohlenwasserstoffreservoiren zu quantifizieren (Stricker et al., 2020). Die Resultate der Studie zeigen auf, dass etwa 90 % der untersuchten Reservoire im ORG in HT-ATES Systeme überführt werden könnten. Auf den gesamten ORG ergibt dies ein extrapoliertes Speicherpotential von bis zu 10 TWh pro Jahr, was einen erheblichen Anteil des Wärmebedarfs der Bevölkerung und Industrie in dieser Region darstellt. Weitere Untersuchungen im Rahmen dieser Doktorarbeit werden den Einfluss von Zweiphasen-Strömung (Öl/Wasser) und den mechanischen Einfluss von HT-ATES auf den Untergrund adressieren.