Optimierte Integration thermischer Aquiferspeicher in Fernwärmesysteme

Das Forschungsvorhaben „Optimierte Integration Thermischer Aquiferspeicher in Fernwärmesysteme“ (OptInAquiFer) konzentriert sich auf die Erforschung des Beitrags von Aquiferspeichern für große Fernwärmenetze im Zuge der bevorstehenden Dekarbonisierung und Transformation. Durch die integrale Betrachtung von geologischen, technischen, energiewirtschaftlichen und genehmigungsrechtlichen Aspekten werden Möglichkeiten und Grenzen von Aquiferspeichern für die Fernwärme aufgezeigt.

Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Projekt läuft bis Mitte 2025. Bearbeitet wird es von einem Konsortium aus Hamburg Institut Research (Konsortialführer), Öko-Institut und der Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg. Die Geothermie Neubrandenburg GmbH ergänzt als Unterauftragnehmer das Projektteam. Im Laufe des Projekts werden darüber hinaus drei Fernwärmenetzbetreiber als Praxispartner eingebunden und ein Praxisbeirat begleitet die Arbeiten durch externe Expertise.

Das Verbundvorhaben OptInAquiFer ist in drei Teilvorhaben untergliedert:

1. Geologische Rahmenbedingungen für die thermische Speicherung im Untergrund

Ziel dieses Teilvorhabens ist, die geologischen Bedingungen für eine thermische Speicherung in den geothermischen Provinzen des Süddeutschen Molassebeckens, des Oberrheingrabens sowie des Norddeutschen Beckens zu untersuchen. Betrachtet werden hierbei die Tiefenbereiche unterhalb der für die Trinkwassergewinnung genutzten Horizonte und ca. 1.500 m uGel. Geologische Untergrundmodelle bilden die Grundlage für eine Simulation des Be- und Entladeverhaltens eines modellhaften Speichers an den ausgewählten Modellstandorten. Grundlage der Arbeiten bilden zunächst regionalgeologische Daten und Publikationen, die an den Modellstandorten durch lokale Daten (Bohrungsdaten und evtl. Untergrundmodelle) detailliert werden. Die Ergebnisse der Simulationen fließen in die Auslegung, Modellierung, Simulation und Bewertung von thermischen Untergrundspeichern ein.

2. Optimierte Speichereinbindung in Wärmenetze

In diesem Teilvorhaben werden durch die Auslegung, Modellierung, Simulation und Bewertung von ATES (Aquifer Thermal Energy Storage)-Anlagen anwendungsbezogene Einsatzfelder für konkrete Fernwärmenetze ermittelt. Die Erkenntnisse aus der ganzheitlichen Betrachtung werden in Zusammenarbeit mit allen Forschungspartnern zusammengeführt. Zudem werden in diesem Teilvorhaben Empfehlungen erarbeitet, wie Antragstellende und Genehmigungsbehörden den Genehmigungsprozess möglichst effizient und planbarer gestalten können.

3. Optimierter Einsatz von Aquiferspeicher in bestehenden Wärmenetzen

Kern dieses Teilvorhabens ist die Analyse der Eignung und des Nutzens eines Aquiferspeichers für große urbane Wärmenetze. Neben erreichbaren Emissionsminderungen und Verbesserungen hinsichtlich der Einbindungs- und Nutzungsmöglichkeiten erneuerbarer Wärme und unvermeidbarer Abwärme werden Betriebs- und Wärmegestehungskosten mit einem am Öko-Institut entwickelten Modell zur Einsatzoptimierung von Wärmeerzeugungsanlagen und -speichern in Fernwärmesystemen berechnet und bewertet. Letztlich wird das Ziel verfolgt, durch die Einbindung von Aquiferspeichern einen möglichst optimalen Einsatz hinsichtlich Gesamtkosten und CO2-Einsparung auf Wärmenetzebene zu erreichen.

Aus den detaillierten Untersuchungen konkreter Standorte werden in einem letzten Schritt relevante Parameter für die erfolgreiche und effiziente Auslegung und Integration von ATES-Systemen in Fernwärmenetze abgeleitet. Es erfolgt eine Abschätzung des Potenzials von ATES-Systemen in Fernwärmesystemen und potenziellen Fernwärme-versorgten Gebieten in Deutschland.

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unter dem Förderkennzeichen 03G0918B im Programm

"Geoforschung für Nachhaltigkeit"

(GEO:N), Themenschwerpunkt „Thermische Energiespeicherung in Aquiferen“ gefördert.