Einfluss von Hochtemperatur-Aquiferwärmespeichern auf Grundwasserkörper

Um die saisonale Differenz zwischen Angebot und Nachfrage an Wärme- und Kältebedarf auszugleichen, rücken kosteneffiziente thermische Energiespeicher zunehmend in den Fokus der Forschung. Aquiferwärmespeicher (engl.: Aquifer Thermal Energy Storage - ATES), die sich durch hohe Speicherkapazitäten und niedrige Speicherkosten auszeichnen, können v.a. im urbanen Raum eine vielversprechende Lösung sein, um diese Diskrepanz auszugleichen. ATES, insbesondere Hochtemperatur-ATES (HT-ATES: Wärmespeicherung mit Temperatur > 40 °C) haben jedoch thermische und somit möglicherweise ökologische Auswirkungen auf das umgebende Grundwasser. Diese Studie konzentriert sich auf die Untersuchung die Auswirkung eines kleinen (20x20x20m) thermisch verbesserten HT-ATES auf den Grundwasserkörper eines flachen alluvialen Grundwasserleiter unter Berücksichtigung verschiedener Einflussfaktoren. Numerische Simulationen mit SEAWAT wurden durchgeführt, um den Einfluss der Grundwasserströmungsverhältnisse, der thermisch verbesserten Speicherwände, verschiedener Speichertemperaturen im HT-ATES (12, 50 und 80 °C) und variabler Dichte und Viskosität auf die Ausbreitung der Wärmefahne zu analysieren. Die breite Palette numerischer Simulationen ermöglicht die Identifizierung der dominierenden Wärmetransportprozesse. Die Ergebnisse zeigen, dass die Grundwasserströmung eine wichtige Rolle bei der horizontalen Ausbreitung der Wärmefahne spielt, bei hohen Temperaturen jedoch die variable Dichte und Viskosität eine Auftriebsströmung auslöst und zur vertikalen Verschiebung der Wärmefahne beiträgt. Die Erkenntnisse dieser Studie liefern ein grundlegendes Verständnis von kleinräumigen HT-ATES, insbesondere hinsichtlich des Zusammenspiels von standortspezifischen Grundwasserströmungsregimen, speicherthermischer Isolation und variablen Dichte-Viskositäts-Effekten, und wie diese bei der Analyse der Auswirkungen auf den Grundwasserkörper berücksichtigt werden müssen.