Karlsruher Institut für Technologie, Deutschland
Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) plant die Errichtung der wissenschaftlichen Infrastruktur "DeepStor" zur Entwicklung der Hochtemperatur-Wärmespeicherung im tiefen Untergrund als neues Element im zukünftigen CO2-neutralen globalen Energiemix. Der Vorteil dieser Technologie gegenüber anderen Arten der thermischen Energiespeicherung liegt in der hohen natürlichen Speicherkapazität des Untergrundes, z.B. in ehemaligen Kohlenwasserstoffreservoiren und salinen Aquiferen.
Unterirdische Speichersysteme auf niedrigem Temperaturniveau, sogenannte Aquifer-Thermal-Energiespeicher (ATES), werden in einigen europäischen Ländern bereits weitverbreitet eingesetzt. Die Anwendung von Speichersystemen für Fernwärme auf Wasserbasis oder für industrielle Prozesswärmesysteme erfordert jedoch eine Erhöhung der ATES-Temperatur von ca. 50 °C auf Temperaturen von bis zu 150 °C in Hochtemperatursystemen (HT-ATES). Dies erfordert beträchtliche technologische Entwicklungen, wie z.B. eine optimale Entwicklung des Reservoirs, Lösungen für Schädigung des natürlichen Reservoirs durch thermo-hydro-chemische Wechselwirkung oder Materialien, die den chemisch harschen Bedingungen des Thermalwassers standhalten.
Um die derzeitige Temperaturbegrenzung zu überwinden, wurde die wissenschaftliche Infrastruktur "DeepStor" entworfen. Sie umfasst eine Test- und eine Monitoring Bohrung in ca. 1.4km Tiefe und ermöglicht eine Reihe von Experimenten zur transienten hydraulischen, thermischen und chemischen Be- und Entladung des Untergrundes. In einem späteren Schritt kann dieses Design als skalierbares Mehrspeichersystem ausgebaut und in die Infrastruktur der KIT-Einrichtung Campus Nord zur Wärmeversorgung nach 2027 integriert werden.
Dieses Konzept stellt einen Übergang von der Kohlenwasserstoffgewinnung aus den Tertiären Schichten hin zur Speicherung erneuerbarer Wärme aus den tieferliegenden Schichten oder anderen Quellen (z.B. bioliq) dar. Der Untergrund des KIT Campus Nord zeichnet sich durch die größte bekannte Wärmeanomalie Deutschlands mit Temperaturen ≥100 °C in 2 km Tiefe aus. In Verbindung mit dem vorhandenen flächendeckenden Nahwärmenetz bietet der KIT Campus Nord optimale Voraussetzungen zur Gewinnung, saisonalen Speicherung und Verteilung von Wärme aus Tiefengeothermie.
DeepStor umfasst drei Stufen:
1) Die Einrichtung eines Prototyps zur Hochtemperatur Wärmespeicherung im tiefen Untergrund mit dem Ziel der Demonstration der technischen Machbarkeit
2) Ankopplung des Prototyps an obertägige Anlagen (z.B. BHKW, bioliq) mit Einspeisung ins Nahwärmenetz
3) Einbindung in den Regelbetrieb der Wärmeversorgung des KIT Campus Nord
Eine erste Bohrung dient zunächst der Erkundung der drei möglichen Zielhorizonte:
1) Bunte Niederrödern Schichten (BNS)
2) Cyrenenmergel (CyM)
3) Meletta-Schichten (MS)
Nach derzeitigem Kenntnisstand liegt die Oberkante der Meletta-Schichten am KIT Campus Nord in einer Teufe von ca. 1085 m u. NN bzw. 1190 m u. GOK. In den Tertiären Schichten herrscht ein Temperaturgradient von ca. 50-58 °C/km. Die Porositäts- und Permeabilitätswerte in den Meletta-Schichten liegen zwischen 4 und 32% und 0.01 bis 140 mD. Bei den Schichtwässern handelt es sich um hochsalinare Na-Cl-Fluide, welche Salzgehalte von 60-150 g/l aufweisen. Die Planung der Bohrungen basiert auf der Auswertungen sedimentologischer, seismischer und gravimetrischer Daten.
