TECHNISCHE-THERMODYNAMIK: NRL: Aquiferspeicher

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Planung und Bau eines Aquiferspeichers zur saisonalen Speicherung von Ab- und Überschusswärme

Problembeschreibung

Die Wärmeversorgung der Freien und Hansestadt Hamburg wird sich durch die forcierte Wärmewende verändern müssen. Neue Wärmequellen aus erneuerbaren Energien (z.B. Solarthermie, PtH aus Windstrom, Biomasse) und CO₂-neutralen Einspeisequellen (Abwärme aus industriellen Prozessen) müssen erschlossen und in das Fernwärmesystem integriert werden. Die Aufnahmekapazität des Fernwärmesystems bleibt außerhalb der Heizperiode unter dem Einspeisepotenzial klimaneutraler Abwärmequellen, die sonst ungenutzt bleiben. Der saisonale Versatz zwischen Angebot und Nachfrage im Wärmesektor ist jedoch ein entscheidendes Problem für die Umsetzung der Wärmewende, das der Aquiferspeicher adressiert.

Projektziel

Das Projekt will mit dem Bau und Betrieb eines Demonstrators die technische und wirtschaftliche Machbarkeit eines Aquiferspeichers im Großversuch zeigen und Optimierungsmaßnahmen mit Betriebsdaten erarbeiten. Mit einer Speicherleistung von 2,6 MW, einer Kapazität von 5 GWh und einer Speichertiefe von 1000m Tiefe ist der Aquiferspeicher der größte Hochtemperaturspeicher der Welt. Durch den Einsatz eines Aquiferspeichers als saisonaler Wärmespeicher kann das ungenutzte Einspeisepotenzial aus den Sommermonaten in die Heizperiode verschoben werden. Damit wird der Anteil CO₂-neutraler Wärme im Fernwärmesystem deutlich gesteigert und über die Lebensdauer des Speichers bis zu 34.000 t CO₂ eingespart.

Projektvorgehensweise

Bau und Inbetriebnahme eines in 1000m Tiefe liegendes Hochtemperatur Aquiferspeichers und dessen Integration in ein bestehendes Fernwärmenetz. Anschließend erfolgt ein Demonstrationsbetrieb in der der Speicherbetrieb messtechnisch umfassend erfasst wird und eine optimaler Betrieb des Speichers untersucht wird. Die folgende Abbildung zeigt das grundsätzliche Funktionsprinzip eines Aquiferspeichers.

Aufgabe TUHH

Die Planung und der Bau des Aquiferspeichers soll wissenschaftlich begleitet werden. Das Institut für Technische Thermodynamik soll den dynamischen Betrieb des Speichers abbilden und mithilfe eines detaillierten Messsystems der obertägigen Anlage das Gesamtsystem validieren. Das Gesamtsystem besteht aus dem eigentlichen unterirdischen Speicher und der obertägigen Anlage. Mit diesem Gesamtmodell soll anschließend eine Optimierung der Speicherbewirtschaftung erfolgen.

Weil die erste Bohrung nicht erfolgreich war, wurden die Arbeiten am Aquiferspeicher im Sommer 2023 eingestellt. Die Aufgaben des Instituts für Technische Thermodynamik ändern damit teilweise den Fokus. Die Forschung von Aquiferspeichern bleibt ein Schwerpunkt, auch wenn praktische Untersuchungen dazu in Hamburg nicht mehr durchgeführt werden. Hinzu kommt das Thema "Großwärmepumpen". Diese Technologie bietet eine weitere Möglichkeit zur Dekarbonisierung der Wärmeversorgung. Dazu sollen zum einen Modelle zur Abschätzung des Potenzials von Wärmepumpen unter verschiedenen Randbedingungen erstellt werden. Zum anderen soll anhand von detaillierten Komponentenmodellen die Möglichkeit der dynamischen Simulation von spezifischen Systemen geschaffen werden.

Einsortierung in NRL

Im länderübergreifenden Verbundprojekt soll die ganzheitliche Transformation des Energiesystems erprobt werden. Dafür wird der Fokus auf zwei Technologiebereiche gelegt: die integrierte Sektorenkopplung mit Schwerpunkt Wasserstoff sowie die energieeffiziente Quartierslösung vorrangig im Wärmebereich. Durch die Schaffung nachhaltiger Innovationen in der Sektorkopplung durch große und skalierbare Demonstratoren werden wirtschaftliche Impulse für die Entwicklung von Zukunftsmärkten erbracht, insbesondere in der Industrie und deren Wertschöpfungsketten. Ziel ist auch die Sicherung und der Ausbau des Industriestandortes Norddeutschland sowie die Stärkung der Zukunftsfähigkeit und Wettbewerbsfähigkeit der ansässigen Unternehmen. Schlussendlich soll die realitätsnahe Erprobung des Transformationspfades hin zu einem versorgungssicheren integrierten Energiesystem mit dem Dekarbonisierungsziel, die CO₂-Emissionen in der Region bis 2035 um 75 Prozent zu senken, erfolgen.