Verbundvorhaben: VESTA - Very-High-Temperature Heat Aquifer Storage : Abschlussbericht des Teilvorhaben: VESTA-Monitor - Entwicklung verbesserter Überwachungsmethoden für HTS-Systeme

Abstract

Die Speicherung von Energie ist eine der wesentlichen Herausforderungen der Energiewende insbesondere für die Heizwärme, die im Winter bei Bedarf zur Verfügung stehen muss. Um diese möglichst klimaneutral nutzen zu können, müssen saisonale Energiespeicher entwickelt werden, die die überschüssige Energie aus den Sommermonaten in den kalten Jahreszeiten bedarfsgerecht zur Verfügung stellen. Dazu müssen in Städten und Großstädten großvolumige Speicher entwickelt werden, aus denen ein Fernwärmenetz gespeist werden kann. Hierfür bietet sich die Entwicklung von Untergrundspeichern an. Aufgrund der bestehenden Unsicherheiten ist es notwendig, diese einer genaueren wissenschaftlich-technischen Betrachtung zu unterziehen. Da die bestehenden Wärmenetze häufig Temperaturen benötigen, die die Vorlauftemperatur von ca. 85°C beim Kunden überschreiten, sind bei winterlichen Bedingungen Nachfragetemperaturen von mehr als 100°C im Versorgungssystem üblich. Da auch weitere Prozesse eine höhere Prozesstemperatur benötigen, müsste die Ein- und Ausspeichertemperatur sogar deutlich über 100°C liegen, wofür neuartige tiefe HTS Untergrund-Speicher (HTS - High Temperature Storage) getestet werden müssen. Die für diesen Temperaturbereich ausgelegten tiefliegenden Systeme erweitern die bisherige Geothermie-Nutzung, da sie keine größeren, miteinander verbundenen Fließwege, sondern nur lokal durchlässige Strukturen von begrenztem Volumen erfordern. Die Zielsetzung des Projekts war, den Einsatz von HTS Speichersystemen wissenschaftlich an Demonstrationsprojekten zu untersuchen. Für Ein- und Ausspeichertemperaturen von über >100°C liegen bislang keine Testdaten im kommerziellen Maßstab vor. Viele technische, regulatorische, rechtliche, ökologische und wirtschaftliche Herausforderungen wurden gelöst, um eine breitere Anwendung von HTS zu ermöglichen. Übergeordnete Ziele dieses VESTA Antrags waren: • Bewertung der technischen und nicht-technischen Barrieren, aufbauend auf den bisherigen Erfahrungen, • Unterstützung der Entwicklung und Umsetzung kommerzieller Projekte durch Bereitstellung von Prozessverständnis, Modellierungs- und Überwachungstechniken und optimiertem Komponenten- Design, • Unterstützung der genehmigenden Behörden mit wissenschaftlich technischen Erkenntnissen als Basis für die Weiterentwicklung bestehende regulatorischer Bedingungen, • Durchführung von Großdemonstrationen an ausgewählten Piloten mit Empfehlungen und Schlussfolgerungen für zukünftige Projekte. Im Einzelnen wurden diese Ziele durch die Entwicklung von Tools realisiert, welche die Entwicklung und die zu bewältigenden Herausforderungen theoretisch quantifizieren, durch Laborexperimente und Monitoring an Demo-Projekten aufzeichnen und die Ergebnisse mit den Messdaten vergleichen bzw. validieren. Die dadurch erarbeiteten Schlussfolgerungen gingen in Empfehlungen ein, die als Grundlage für einen neuen regulatorischen Rahmen dienen können. Basierend auf den spezifischen Erfahrungen aus vorangegangenen HTS-Projekten und komplementären Tätigkeiten der ausgewiesenen Projektpartner wurden damit auch technisch-wirtschaftliche Grundlagen für zukünftige Betriebskonzepte entstehen. Für die zielführende Weiterentwicklung von HTS ist es gewinnbringend, einen Austausch mit internationalen Projekten mit ähnlichen Fragestellungen herzustellen. Über die Geothermica-Plattform ist in den letzten Jahren ein solcher Austausch insbesondere mit Gruppen in den Niederlanden, der Schweiz sowie der USA entstanden. Diese enge internationale Kooperation wurde genutzt, um den wissenschaftlichen Austausch zu vertiefen und die geplanten Arbeiten des vorliegenden Projektantrages zu ergänzen.