Uni-Bayreuth

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Wasserstoffspeicherung in porösen Medien – Rahmenbedingungen, Parametrisierung und Prozesssimulationen

Wolf Tilmann Pfeiffer1, Sebastian Bauer1
1 Institut für Geowissenschaften, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

P 11.5 in Wärme-, Energie- und Kohlenstoffspeicherung im Untergrund

 

 

Strom aus Erneuerbaren Energiequellen unterliegt zeitlichen Fluktuationen, so dass Speicher vorgehalten werden müssen, um eine bedarfsgerechte Energieversorgung sicherzustellen. Elektrische Energie kann in potentielle Energie (Pumpspeicherkraftwerke, Compressed Air Energy Storage), thermische Energie oder in chemische Energie wie synthetisch erzeugtes Methan oder Wasserstoff überführt und in geologischen Formationen gespeichert werden (Power to Gas). Porengasspeicher eignen sich vor allem für die langfristige Speicherung großer Energiemengen, sind jedoch im Bezug auf eine Speicherung von Wasserstoff bisher nur unzureichend untersucht. Zielsetzung dieser Arbeit ist daher die Parametrisierung und Quantifizierung der wirkenden Prozesse bei einer Wasserstoff Speicherung in porösen Formationen. Die Auswirkungen der Speichergeometrie, der hydrogeologischen Parameter wie Porosität, Permeabilität, Kapillardruck-Sättigungs-Beziehungen sowie geochemischen Wechselwirkungen auf die Nutzbarkeit einer porösen Formation zur Speicherung von Wasserstoff werden anhand von synthetischen Szenarienmodellen in Form von Sensitivitätsanalysen untersucht. Die Simulationen werden anhand des gekoppelten Modells OpenGeoSys - Eclipse E300 durchgeführt. In den hier vorgestellten Simulationen wird zunächst der Speicher durch eine Injektion von Stickstoff zur Verdrängung des Formationswassers errichtet. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass eine möglichst kompakte, die Mächtigkeit erfüllende Gasphase nur erreicht werden kann, wenn die Speicherformation eine ausgeprägte Fallenstruktur aufweist. Um Druckvariationen durch die unterschiedlichen Betriebszustände (Injektion/Extraktion) weitestgehend durch die Kompressibilität der Gasphase abzufangen ist ein Kissengasanteil von ca. 70-80 % erforderlich. Dadurch kommt es nach der initialen Befüllung des Speichers zu keiner oder nur geringen Bewegungen der Gasphasenfront. Aufgrund der stark unterschiedlichen Dichten von Wasserstoff und Stickstoff findet eine Stratifizierung in der Gasphase statt, wodurch zeitweise ein Stickstoffanteil von bis zu 30 % im geförderten Wasserstoff erreicht wird. Die maximale Injektions- und Extraktionsrate richtet sich stark nach der Speichergeometrie und den hydrogeologischen Parametern der Formation. Dabei zeigt sich, dass hohe Permeabilitäten zusammen mit steilen Flankengeometrien größere Injektions- und Extraktionsrate bei gleicher Menge an Fremdgasförderung erlauben.

Letzte Änderung 12.02.2014