OptInAquiFer: Optimierte Integration thermischer Aquiferspeicher in Fernwärme

Abstract

Im Forschungsprojekt „OptInAquiFer“ wurde die Machbarkeit der saisonalen Wärmespeicherung in Aquiferen aus geologischer, technischer und ökonomischer Perspektive systematisch untersucht. Ziel des Vorhabens war es, auf Basis von verfügbaren Daten und Informationen bestmöglich zu bewerten, ob und unter welchen Randbedingungen Aquiferspeicher (ATES) einen substanziellen Beitrag zur Dekarbonisierung von Wärmenetzen leisten können. Das Projekt verfolgte einen interdisziplinären Ansatz und integrierte geowissenschaftliche, systemtechnische und energiewirtschaftliche Fragestellungen. Auf geologischer Ebene wurde geprüft, ob geeignete Speicherformationen vorhanden sind und inwieweit deren hydraulische und thermische Eigenschaften eine saisonale Wärmespeicherung ermöglichen. Dabei standen insbesondere typische geologische Strukturen in Deutschland – etwa im Norddeutschen Becken, im Oberrheingraben und im Molassebecken – im Fokus. Neben der Identifikation potenzieller Aquifere wurden deren Speicherparameter, Temperaturverhältnisse sowie mögliche hydrothermische Wechselwirkungen analysiert und bewertet. Parallel dazu erfolgte die technische und systemische Einordnung der Aquiferspeicherung in bestehende und zukünftige Fernwärmesysteme. Untersucht wurde insbesondere, wie ATES-Konzepte in Hochtemperatur-Anwendungen (> 70 °C) integriert werden können, welche Rolle Wärmepumpen und ergänzende Leistungsspeicher bei der Einbindung spielen und wie eine Nachheizung zur Sicherstellung hoher Verfügbarkeit und zur Einhaltung der erforderlichen Netzvorlauftemperaturen auszulegen ist. Grundlage bildete jeweils der Abgleich zwischen zukünftiger Wärmeerzeugung und -nachfrage im betrachteten System. Insgesamt wurden drei Standorte in Zusammenarbeit mit den jeweiligen Praxispartnern näher untersucht: Freiburg, Augsburg und Hamburg. Für jeden Anwendungsfall wurde der potenzielle Beitrag eines Aquiferspeichers differenziert hergeleitet. Hierzu wurde ein mehrstufiges Bewertungsmodell angewendet, das zwischen verschiedenen Potenzialkategorien unterscheidet: Theoretisches Potenzial, Technisches Potenzial und wirtschaftliches Potenzial.