Verbundprojekt SpeicherCity: Synthetische Modelle zur Kopplung von Speicher- und Netzmodellen; Teilprojekt: SynMod - SpeicherCity

Abstract

Ziel des Vorhabens "SynMod-SpeicherCity" war die Entwicklung eines integrierten Modellierungsansatzes zur Bewertung von Hochtemperatur-Aquifer-Wärmespeichern (HT-ATES) im Süddeutschen Molassebecken sowie deren Einbindung in bestehende Wärmeversorgungssysteme. Hierzu wurden auf Basis einer Standort- und Systemcharakterisierung synthetische numerische Modelle entwickelt, die sowohl thermisch-hydraulische Prozesse im Untergrund als auch deren Wechselwirkungen mit dem Energiesystem abbilden. Ziel war die Bewertung der technischen Machbarkeit, Effizienz und Integration saisonaler Wärmespeicher in Wärmenetze.Dafür wurden geologische, hydraulische und thermische Reservoirparameter mit relevanten Kenngrößen der Wärmenetze (u. a. Temperaturen, Massen- und Volumenströme, Energiemengen und Lastprofile) zu einer konsistenten Parametrisierung zusammengeführt. Auf dieser Grundlage entstanden gekoppelte Simulationsmodelle zur Untersuchung von Fluidströmung und Wärmetransport im Reservoir. Mithilfe von Parameter- und Sensitivitätsanalysen wurden Speicherkapazität, thermisch-hydraulische Auswirkungen und Effizienz unter verschiedenen geologischen und betrieblichen Randbedingungen bewertet. Die Untersuchungen bestätigen die technische Machbarkeit von Hochtemperatur-Aquifer-Wärmespeichern (HT-ATES) im Ober-Jura-Reservoir des Süddeutschen Molassebeckens. Die Simulationen zeigen über zehn Jahre stabile thermo-hydraulische Betriebsbedingungen sowie eine hohe thermische und hydraulische Leistungsfähigkeit. Das Speicherverhalten wird maßgeblich durch die geologische Schichtung und die räumliche Verteilung hochpermeabler Bereiche (insbesondere Verkarstung) bestimmt. Diese beeinflussen die Ausbreitung der thermischen Front, die Wärmerückgewinnung und die langfristige Speicherleistung. Zudem wirkt sich die Geometrie des thermisch beeinflussten Gesteinsvolumens entscheidend auf Wärmeverluste und die thermische Effizienz aus. Ein wesentliches Ergebnis ist, dass temperatur- und druckabhängige Fluideigenschaften für die realistische Modellierung von HT-ATES zwingend berücksichtigt werden müssen. Durch die Kopplung des HT-ATES-Modells mit einem realen Fernwärmesystem im Großraum München konnte gezeigt werden, dass saisonale Untergrundwärmespeicher kurzfristige Lastschwankungen nur begrenzt ausgleichen können. Die Kombination mit einem thermischen Kurzzeitspeicher (TES) ermöglicht jedoch ein hybrides Speicherkonzept, das saisonale Energiespeicherung und flexible Spitzenlastabdeckung verbindet. Dadurch kann ein Großteil der jährlichen Spitzenlast bereitgestellt und der Bedarf an fossiler Spitzenlastversorgung deutlich reduziert werden.