Geohydromodellierung

Laufende Projekte

ANGUS II

Auswirkungen der Nutzung des geologischen Untergrundes als thermischer, elektrischer oder stofflicher Speicher – Integration unterirdischer Speichertechnologien in die Energiesystemtransformation am Beispiel des Modellgebietes Schleswig-Holstein

Energiespeicher werden in einer zukünftigen, stark auf erneuerbare Energien (EE) ausgerichteten Energie­versorgung zum Ausgleich von Erzeugerfluktuationen und saisonalen Schwankungen unver­zichtbar sein. Geotechnische Energiespeicher bieten sowohl große Speicher­kapazitäten als auch Speicher­zeiten von Stunden bis hin zu Monaten bzw. Jahren. Das Forschungsvorhaben ANGUS II setzt mit der Untersuchung von Optionen der unterirdischer Speicherung von Wasserstoff, synthetischem Methan, Druckluft und Wärme / Kälte die im Projekt ANGUS+ durchgeführten Arbeiten fort. In ANGUS II soll nun das unter­irdische Geosystem um die noch nicht betrachteten hydraulisch dichten Schichten sowie die damit verknüpften Prozesse ergänzt werden. Zur Integration geotch­nischer Energie­speicher in die Energieversorgungsnetze bei unter­schied­lichen Ausbaupfaden der Energienetze und EE-Erzeugung sowie zur Bestimmung von wirt­schaft­lichen Betriebs­szenarien wird durch Kopplung bestehender Modelle zur Simulation der Energie­netze, Energie­einzel­anlagen und der geo­technischen Speicher ein Modell­instrumentarium entwickelt und beispielhaft anhand realistischer Szenarien angewendet. Für die so dimensionierten geotechnischen Speicher werden die im Untergrund induzierten Aus­wirk­ungen zeitlich und räumlich aufgelöst durch prozessbasierte Simulationsmodelle bestimmt und mögliche Auswirkungen auf Schutzgüter und die Interaktion mit anderen geo­technischen Speichern bzw. untertägigen Nutzungen betrachtet. Anhand von Feldmessungen natürlicher Hintergrundprozesse sowie meso­skaliger Technikumsversuche soll das entwickelte Instrumentarium validiert werden. Die Ergebnisse werden zur Weiterentwicklung einer Methodik der unter­irdischen Raum­planung verwendet.

Das Forschungsvorhaben ANGUS II verfolgt vier übergeordnete Ziele:

1 | Beschreibung des in der Beispielregion Schleswig-Holstein potenziell als Energiespeicher zur Verfügung stehenden Geo­­systems: Erweiterung der Prozess- und Parametercharakterisierung für hydraulisch gering durch­lässige Schichten, Barrierehorizonte und die wasserungesättigte Zone

2 | Weiterentwicklung und Validierung bestehender Modelle zur Simulation geo­tech­nischer Energiespeicher und deren Auswirkungen, sowie Kopplung dieser Modelle mit Modellen zur Simulation der Energieversorgung und von Einzelenergieanlagen

3 | Definition und Analyse von Szenarien

a) zur Integration von geotechnischen Energie­speichern in die Energieversorgungsnetze und von wirtschaftlich sinnvollen Betriebs­szenarien

b) zur zeitlich und räumlich aufgelösten Raumbeanspruchung dieser Speicher, insbesondere im stark genutzten urbanen Untergrund

c) zu möglichen Aus­wirkungen auf Schutzgüter, sowie zur Interaktion mit anderen Speichern oder anderen Nutzungen des Unter­­grundes

4 | Bereitstellung und Erprobung des Modellinstrumentariums zur Integration geo­technischer Speicher in die Energiesysteme, Bestimmung von wirtschaftlichen Betriebsszenarios für geotechnische Energiespeicher und Weiterentwicklung der in ANGUS+ erarbeiteten Methoden und Planungsinstrumentarien für eine großskalige Raumplanung des Untergrundes

Verbundpartner:

  • Christian Albrechts Universität zu Kiel (CAU) - Koordination und Teilprojekt "Geologische Modellierung und Parametrisierung"
  • Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung Leipzig (UFZ) - Teilprojekt "Geochemische und thermische Prozesse"
  • Hochschule Flensburg (HSF) - Teilprojekt "Simulation energietechnischer Einzelanlagen"
  • Europa-Universität Flensburg (EUF) - Teilprojekt "Energienetzmodellierung und zukünftige Energiepfade"
  • Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) - Teilprojekt "Bewertung von Störungszonen"

 

Projektlaufzeit:

01/2017 – 12/2020

Förderung:

Im Rahmen der Forschungsinitiative Energiespeicher der Bundesregierung wird das Projekt ANGUS II durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.

Projektwebsite:

http://www.angus2.de

 

Zwei Studenten und eine Tasse Kaffee

 

 

ANGUS+

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

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 Speicherungen zu überführen. Dafür werden die induzierten Prozesse und Auswirkungen anhand synthetischer, jedoch möglichst realistischer, Szenariensimulationen der einzelnen Speicheroptionen nachgebildet. Dazu wird zum einen durch Literaturdaten oder durch eigene Messungen die Parametrisierung der entsprechenden geologischen Formationen und der ablaufenden Prozesse entwickelt und bereitgestellt. Zum anderen werden numerische Simulationswerkzeuge entwickelt, die die gekoppelten thermischen, hydraulischen, mechanischen und geochemischen Prozesse 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.

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Projektpartner:

  • Institut für Geowissenschaften, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
  • Geographisches Institut, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
  • Helmholtz Zentrum für Umweltforschung UFZ GmbH
  • Helmholtz Zentrum Potsdam, Deutsches GeoForschungszentrum GFZ GmbH
  • Lehrstuhl für Grundbau, Boden- und Felsmechanik, Ruhr-Universität Bochum

 

Projektlaufzeit:

Juli 2012 - Juni 2017

Förderung:

Das Projekt ANGUS+ wird gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Forschungsinitiative Energiespeicher der Bundesregierung.

Projektwebsite:

angusplus.de

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IGLU

Untersuchung, Modellierung und Bewertung eines intelligenten geothermischen Langzeitwärmespeichers mit umweltneutralem Verhalten

Teilprojekt: Modellierung und Umweltauswirkungen

Im Rahmen des Projekts IGLU wird ein umweltneutrales und wirtschaftliches durch Solarkollektoren gespeistes Energiespeicher-System in Modulbauweise zum Einsatz in Mehrfamilienhäusern und gewerblichen Gebäuden entwickelt, welches in die Wärmeversorgungssysteme sowohl von Neubauten als auch in Bestandsgebäude integriert werden kann. Die Schwerpunkte des Teilprojekts „Modellierung und Umweltauswirkungen“ sind dabei zunächst die Entwicklung eines numerischen gekoppelten thermo-hydromechanisch-chemischen (THMC) Modellwerkzeugs basierend auf der open-source Software OpenGeoSys zum simulationsbasierten Design des IGLU-Energiespeichers. Auf Grundlage von numerischen Sensitivitätsanalysen werden mit diesem Werkzeug die thermisch-hydraulischen Kennwerte sowie die Geometrien des Wärmetauschers im Speicherkörper auf Effizienz und Umweltauswirkungen hin optimiert. Das Modell wird zudem zur numerischen Dimensionierung von Versuchsanlagen sowie zur Prognose möglicher Auswirkungen auf den chemischen Zustand von Boden und Grundwasser im Speicherumfeld eingesetzt. Die Ergebnisse dieser Arbeiten sind Grundlage für die Erstellung eines Umweltverträglichkeitsleitfadens.
 

Projektpartner:

  • Institut für Geowissenschaften, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
  • SCHEER Heizsysteme & Produktionstechnik GmbH
  • Helmholtz Zentrum für Umweltforschung UFZ GmbH

 

Projektlaufzeit:

 August 2014 - Mai 2018

Förderung:

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi).

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