Laboruntersuchungen und numerische Berechnungen zur Rissausbreitung in Salzgestein (LARISSA)

Abstract

Das Forschungsprojekt LARISSA ist die Fortsetzung der Projekte RiSa und La-thi-ga. Im Vorgängerprojekt RiSa wurde gezeigt, dass im hohlraumnahen Bereich einer Gasspeicherkaverne thermisch induzierte Spannungszustände auftreten können, die zu einer Infiltrationsrissbildung führen können. Darüber hinaus wurde in La-thi-ga ein Laborprogramm mit einem neuen Versuchsaufbau zum Nachweis der Infiltrationsrissbildung entwickelt. Die in LARISSA an Salzproben durchgeführten mechanischen Extensionsversuche zur Abbildung des thermo-mechanisch gekoppelten Verhaltens in einer Gasspeicherkaverne zeigen, dass Infiltrationsrisse auftreten, sobald die hydraulische bzw. effektive Zugfestigkeit des Materials überschritten wird. Der Nachweis wurde an verschiedenen Lokationen bei unterschiedlichen Druckniveaus, Belastungsregimen und Temperaturen erbracht. Mit den in LARISSA durchgeführten numerischen thermo-mechanisch gekoppelten Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass die Rissbereiche durch die geringe Wärmeleitfähigkeit von Steinsalz und den primären Gebirgsdruck in ihrer Eindringtiefe begrenzt sind. Dies gilt unter Einhaltung der Auslegungskriterien hinsichtlich der Gasdruckgrenzen sowohl für horizontal gerichtete Risse unterhalb des Kavernendaches als auch für vertikale Risse oberhalb des Kavernendaches. Untersuchungen zur Auswirkung von dem Erdgas in unterschiedlichen Konzentrationen zugemischtem Wasserstoff ergaben einen positiven Effekt auf die für die Infiltrationsrissbildung maßgebende Temperaturänderung Des Weiteren konnten erste erfolgreiche thermisch-hydraulisch-mechanische Berechnungen zum Infiltrationsverhalten der Probekörper unter Versuchsbedingungen durchgeführt werden.