Wärmespeicherung in ehemaligen Kohlenwasserstofflagerstätten des Oberrheingrabens

Wärmespeicherung in ehemaligen Kohlenwasserstofflagerstätten des Oberrheingrabens

Kai Stricker, Robert Egert, Jens C. Grimmer, Eva Schill, Thomas Kohl

Karlsruher Institut für Technologie, Deutschland

Über 50 % der nationalen CO2-Emissionen werden durch die Bereitstellung von Gebäude- und Prozesswärme verursacht. Aufgrund saisonaler Bedarfsschwankungen, insbesondere in der Wärmeversorgung von Gebäuden, kommt der Möglichkeit lokaler Speicherung von im Sommerhalbjahr produzierter überschüssiger Wärme, die im Winterhalbjahr aus dem Speicher entnommen werden kann, eine immer größere Bedeutung zu. Bedeutende Mengen an Wärme können bei derzeitigem Stand der Technologie und absehbaren Entwicklungen nur im Untergrund unter Ausnutzung der dort verfügbaren großen Volumina gespeichert werden. Im Unterschied zu oberflächennahen Aquiferspeichern (ATES: Aquifer Thermal Energy Storage) können in tiefen Wärmespeichern wesentlich größere thermische Energien aufgrund deutlich höherer Einspeisetemperaturen gespeichert werden.

Ehemalige Kohlenwasserstoffreservoire bieten gute Voraussetzungen für eine mögliche Nutzung als tiefe Wärmespeicher, da diese Reservoire geologisch und geophysikalisch in der Regel gut erkundet sind. Wir haben dazu 35 ehemalige Kohlenwasserstoffreservoire im Oberrheingraben (ORG) in känozoischen Sandsteinen in Tiefen von 200 m bis 1800 m hinsichtlich ihrer petrophysikalischen Eigenschaften charakterisiert. Diese Daten bilden die Grundlage für die Auswahl unserer Modellierungsparameter. Mit Hilfe numerischer Modellierungen wurde der Einfluss der Parameter Fließraten, Reservoirmächtigkeiten und -permeabilitäten sowie der Einfluss der Bohrgeometrie (vertikal, horizontal) auf das Wärmespeicherpotential ermittelt. Die Effizienz eines Wärmespeichers – definiert als das Verhältnis zwischen zurückgewonnener und eingespeister Energie – zeigt im Verlauf einer modellierten Nutzungsdauer von zehn Jahren eine Zunahme von 66 % im ersten Jahr bis 82 % nach zehn Jahren. Die Ergebnisse unserer numerischen Modelle zeigen eine starke Abhängigkeit des Speicherpotenzials von Fließraten und Reservoirmächtigkeiten. Weiterhin kann gezeigt werden, dass ein Großteil der untersuchten Kohlenwasserstoffreservoire (bis zu 90 %) potentielle Speicherkapazitäten von mehr als 2 GWh/a aufweisen und damit als Wärmespeicher genutzt werden können. Skaliert auf den Oberrheingraben können tiefe Wärmespeicher potentielle Gesamtkapazitäten in der Größenordnung von 1 TWh/a aufweisen.

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