Auswirkungen der Nutzung des geologischen Untergrundes als thermischer, elektrischer oder stofflicher Speicher im Kontext der Energiewende - Dimensionierung, Risikoanalysen und Auswirkungsprognosen

Sebastian Bauer1, Christof Beyer1, Jens Delfs1, Frank Dethlefsen1, Peter Dietrich2, Rainer Duttmann3, Markus Ebert1, Uwe Görke2, Ralf Köber1, Olaf Kolditz2, Diethardt König4, Wolfgang Rabbel1, Dirk Schäfer1, Hilke Würdemann5, Andreas Dahmke1
1 Institut für Geowissenschaften, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
2 Helmholtz Zentrum für Umweltforschung UFZ GmbH
3 Geographisches Institut, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
4 Lehrstuhl für Grundbau, Boden- und Felsmechanik, Ruhr-Universität Bochum
5 Helmholtz Zentrum Potsdam, Deutsches GeoForschungszentrum GFZ GmbH

O 5.1 in Tiefe Georeservoire - Synergien und Nutzungskonflikte

16.04.2016, 09:45-10:00, Audimax B, Geb. 30.95

 

Für die Umstellung der Energieversorgung auf erneuerbare Energiequellen im Zuge der Energiewende werden neue Methoden und Technologien zur Energiespeicherung benötigt. Untertägige Speichersysteme wie z.B. Salzkavernen zur Speicherung von Wasserstoff, synthetischem Methan oder Druckluft sowie poröse Formationen zur Speicherung von Wärme und Gasen können potentiell große Speicherkapazitäten ermöglichen. Zur Nutzung dieser Systeme ist ein angemessenes System- und Prozessverständnis erforderlich, um die gekoppelt ablaufenden Prozesse und die z.T. komplexen Auswirkungen auf Schutzgüter wie z.B. das Grundwasser vorhersagen zu können. Dieses Prozessverständnis ist die Basis für eine Bewertung der Potentiale und Risiken, die mit diesen Speicheroptionen verbunden sind, wobei insbesondere mögliche Interaktionen der verschiedenen Speicher zu berücksichtigen sind.

 

Das Projekt ANGUS+ hat daher zum Ziel, dieses Verständnis zu entwickeln und in eine Methodik zur Bewertung von untertägigen Speicherungen zu überführen. Dafür werden die induzierten Prozesse und Auswirkungen anhand synthetischer, jedoch möglichst realistischer, Szenariensimulationen der einzelnen Speicheroptionen nachgebildet. Die Parametrisierung der entsprechenden geologischen Formationen und der ablaufenden Prozesse wird durch Literaturdaten sowie eigene Messungen im Projekt bei bestehenden Datenlücken entwickelt und bereitgestellt. Zur Abbildung der Speicherprozesse und zur Auswirkungsanalyse werden numerische Simulationswerkzeuge entwickelt, die die gekoppelten thermischen, hydraulischen, mechanischen und geochemischen Prozesse bei den betrachteten Speicheroptionen simulieren und prognostizieren können. Anhand der ausgeführten Szenarien können dann die Speicheroptionen und Speicherkapazitäten quantifiziert, die induzierten Effekte beschrieben und Monitoringstrategien entwickelt bzw. verifiziert werden.

 

In diesem Vortrag wird diese Herangehensweise an zwei Beispielen demonstriert. Zum einen wird eine Wasserstoffspeicherung in einem porösen Sandstein in einer für Norddeutschland typischen Antiklinalstruktur betrachtet. Hierzu werden zunächst die notwendige Speichergröße und Speicherraten ermittelt, die bei starker Reduktion der erneuerbaren Energieproduktion notwendig werden, und diese dann für den Speicher umgesetzt. Nach Bestimmung der nutzbaren Kapazität werden die induzierten hydraulischen, thermischen und geochemischen Auswirkungen quantifiziert, um so die Raumnutzung dieser Speicheroption zu bestimmen. Als zweites Beispiel wird die Wärmespeicherung anhand von Erdwärmesonden auf der Skala von großen technischen Anlagen bzw. Stadtteilen untersucht. Anhand eines Standortes mit 50 Erdwärmesonden werden die Speichercharakteristiken sowie die zu erwartenden Auswirkungen durch numerische Simulation bestimmt.

 

Arten der Untergrundnutzung und mögliche gegenseitige Beeinflussungen
Arten der Untergrundnutzung und mögliche gegenseitige Beeinflussungen



 

Bauer S, Beyer C, Dethlefsen F, Dietrich P, Duttmann R, Ebert M, Feeser V, Görke U, Köber R, Kolditz O, Rabbel W, Schanz T, Schäfer D, Würdemann H, Dahmke A (2013)  Impacts of the use of the geological subsurface for energy storage: An investigation concept. Environ Earth Sci in print, DOI 10.1007/s12665-013-2883-0.

 

Bauer S, Pfeiffer T, Boockmeyer A, Dahmke A & Beyer C (2015) Quantifying Induced Effects of Subsurface Renewable Energy Storage. Energy Procedia, 76, 633–641. doi:10.1016/j.egypro.2015.07.885.

 

Dethlefsen F, Ebert M & Dahmke A (2014) A geological database for parameterization in numerical modeling of subsurface storage in northern Germany. Environmental Earth Sciences, 71(5), 2227–2244. doi:10.1007/s12665-013-2627-1.

 



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