OptInAquiFer: Optimierte Integration thermischer Aquiferspeicher in Fernwärmenetze

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OptInAquiFer

OptInAquiFer: Optimierte Integration thermischer Aquiferspeicher in Fernwärmenetze

01.07.2022 bis 30.06.2025


HIR Hamburg Institut Research gGmbH
Paul-Nevermann-Platz 5
22765 Hamburg

Öko-Institut. Institut für angewandte Ökologie e. V. Freiburg
Universität Erlangen-Nürnberg, GeoZentrum Nordbayern (Angewandte Sedimentologie)

Geoforschung für Nachhaltigkeit (GEO:N)

Thermische Energiespeicherung in Aquiferen

Im Rahmen des Verbundprojekts OptInAquiFer sollen Möglichkeiten und Grenzen untersucht werden, thermische Aquiferspeicher (Aquifer Thermal Energy Storage, ATES) in Fernwärmenetze einzubinden. Als Fallbeispiele dienen ausgewählte Standorte in den geothermischen Potentialregionen Norddeutsches Becken (NDB), Oberrheingraben (ORG) und Süddeutsches Molassebecken (MOB), für die geeignete Speicherformationen im urbanen Umfeld identifiziert und deren Integration in konkrete Fernwärmenetze untersucht werden soll. Als Ergebnis liegen technologisch und wirtschaftlich optimierte, generische ATES Systemlösungen für die Fernwärme vor, welche Energieversorgungsunternehmen in die Lage versetzen sollen, das Potential von ATES Systemen in ihrem zukünftigen Fernwärme-Erzeugermix besser abschätzen zu können.

Das Verbundprojekt gliedert sich in insgesamt sechs Arbeitspakete (AP). Im Rahmen von AP1 erfolgt eine Standortanalyse in den geothermischen Potentialregionen. Nach Festlegung eines Anforderungsprofils werden geeignete Speichergesteine in einer GIS-Datenbank dokumentiert, um deren räumliche Verbreitung zu erfassen. Danach erfolgt die Auswahl jeweils eines Modellstandortes in den drei Regionen. Als Entscheidungsgrundlage dienen sowohl die Verfügbarkeit von Informationen über den geologischen Untergrund als auch infrastrukturelle Kriterien und die Beteiligung von Fernwärmenetzbetreibern. Anschließend werden geologische und thermisch-hydraulische Modelle entwickelt. AP2 befasst sich mit Speichersystemen und Einbindungskonzepten. Dazu erfolgt ein Abgleich des regionalen Speicherpotentials mit dem Speicherbedarf sowie der technischen Spezifikationen der Speichersysteme, was wiederum die Grundlage von thermodynamischen Modellierungen bildet. Hierzu werden mittels der Software EES (Engineering Equation Solver) Detail-Modelle von Großwärmepumpen erstellt. Ziel ist es, das Betriebsverhalten an den jeweiligen Standorten in Abhängigkeit verändernder Betriebszustände zu ermitteln und realitätsnah abzubilden. Weiterhin ist der Einsatz des Systemsimulators TRNSYS (Transient Systems Simulation) vorgesehen, um die hydraulischen und regelungstechnischen Abhängigkeiten der erforderlichen Einzelkomponenten des ober- und untertägigen Speichersystems abzubilden und zu berücksichtigen. Dabei erfolgt die Simulation verschiedener Einbindungskonzepte von ATES an den Modellstandorten sowie eine damit verbundene Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der Speichersysteme. Gegenstand von AP3 ist die Integration der untersuchten Speichersysteme in lokale Fernwärmenetze. Nach Analyse und Auswahl geeigneter Fernwärmenetze werden Transformationsstrategien zur ATES Einbindung entwickelt. Für die ausgewählten Standorte und Fernwärmenetze erfolgt außerdem eine Analyse des minimalen und maximalen Speicherbedarfs sowie die Definition der optimalen betriebswirtschaftlichen Randbedingungen. In AP4 fließen die erzielten Ergebnisse zusammen und es werden vergleichende Analysen der untersuchten Modellregionen durchgeführt. Ziel ist es, einen generischen Workflow unter Betrachtung notwendiger Akteure zur Realisierung und Einbindung von ATES-Systemen in Fernwärmenetze zu beschreiben. Die gewonnenen Erkenntnisse werden auf Übertragbarkeit geprüft und nach Möglichkeit auf vergleichbare Wärmenetze angewendet. AP5 befasst sich mit den regulatorischen Rahmenbedingungen, wobei insbesondere die Voraussetzungen und mögliche Hemmnisse für eine ATES Integration identifiziert werden sollen. Schwerpunkt von AP6 ist die Öffentlichkeitsarbeit, welche sowohl potentielle Anwender als auch das Fachpublikum und die interessierte Öffentlichkeit ansprechen soll.