BMWE-Verbundvorhaben SAMUH2 - Sichere und innovative Erschließungskonzepte für Ausbau, Nachnutzung und Monitoring von Untergrundspeichern für Wasserstoff; Teilvorhaben: Simulation von Porenspeichern

Abstract

Die Projektarbeiten der TU Darmstadt hatten die Bewertung und Entwicklung sicherer und effizienter Konzepte für die H2-Speicherung in ehemaligen Erdgaslagerstätten und salinen Aquiferen sowie die Umnutzung bestehender Erdgasspeicher im Kontext des zukünftig steigenden H2-Speicherbedarfs zum Ziel. Zur Bewertung des Speicherpotenzials und möglicher Risiken wurde ein thermohydromechanisches (THM)-Modell eingesetzt, insbesondere zur Analyse von Störungsreaktivierung und Deckschichtintegrität im zyklischen Betrieb sowie zur - auch wirtschaftlichen günstigsten - Kissengaszusammensetzung. In einer ersten Fallstudie wurde für die Erdgasspeicher Stockstadt und Hähnlein im Oberrheingraben ein verbessertes Strukturmodells zur dynamischen Simulation von Injektions- und Fördervolumina, Wasserproduktion und Druckentwicklung verwandt. Dieser "History Match" für die Produktionsphase in Stockstadt bzw. für die spätere Nutzung (2016–2025) von Stockstadt und Hähnlein als Erdgasspeicher liefert ein validiertes Strömungsmodell, dass dann als Startpunkt für verschiedene H2-Speicherszenarien (unterschiedliche Kissengase, unterschiedliche H2-Anteile im Arbeitsgas) genutzt wurde. In einer zweiten Fallstudie wurde ein weitgehend erschöpftes Erdgasfeld in NW-Deutschland mit Zechstein-Karbonaten als Lagerstättengestein untersucht. Auch hier wurde zunächst eine Kalibrierung des dynamischen Modells bzw. des Strömungsmodells anhand von Produktionsdaten durchgeführt. Anschließend wurde dieses validierte Modell für die Simulation von H2-Speicherzyklen unter Berücksichtigung unterschiedlicher Kissengase verwandt. N₂ als Kissengas und die anschließende zyklische Ein- und Ausspeisung von H2 als Arbeitsgas bietet eine interessante Option, bringt jedoch erhöhte Anforderungen an die Gastrennung mit sich. Die dritte Fallstudie untersucht ein ausgefördertes Erdgasfeld im Buntsandstein mit geringer Permeabilität und minimaler Aquifer-Unterstützung in Hinblick auf das Potential für eine H2-Speicherung.