Planung und Bau eines Aquiferspeichers zur saisonalen Speicherung von Ab- und Überschusswärme
Projekt: Aquiferspeicher
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 Borhung nicht erfolgreich war, wurden die Arbeiten am Aquiferspeicher im Jahr 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.
Planung und Bau eines Aquiferspeichers zur saisonalen Speicherung von Ab- und Überschusswärme
Projekt: Aquiferspeicher
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 Borhung nicht erfolgreich war, wurden die Arbeiten am Aquiferspeicher im Jahr 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.
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