Saisonale Wärmespeicher
Bei der saisonalen Wärmespeicherung wird dem natürlichen, jahreszeitenbedingten Ungleichgewicht von Wärmeangebot und Wärmebedarf Rechnung getragen. In den Sommermonaten wird die überschüssige Wärme gespeichert, welche zum Beispiel bei der Kühlung von Gebäuden anfällt. Diese Wärme wird im Winter in der Regel unter Zuhilfenahme einer Wärmepumpe zu Heizwecken genutzt. Als Speichermedien stehen bei der geothermischen Wärmespeicherung der Boden und Fels im Untergrund sowie das dort zirkulierende Grundwasser zur Verfügung. Der Untergrund wird über Bohrungen oder Erdwärmesonden erschlossen. Ist das Grundwasser von besonderer Bedeutung für den Speicher, spricht man von einem Aquiferspeicher.
Bei der Erschließung über Erdwärmesonden erfolgt der Wärmeein- und Austrag über den geschlossenen Fluidkreislauf innerhalb der Sonden. Als Wärmespeicher dienen das umgebende Gestein und das Grundwasser. Ein Erdsondenspeicher kann aus einer oder wenigen Sonden bestehen und im kleinräumigen Maßstab im Rahmen eines Einfamilienhauses genutzt werden. Bei hohem Wärme beziehungsweise Kühlungsbedarf in großräumig vernetzten Erdwärmesondenfeldern werden eine große Anzahl von Sonden zur Versorgung ganzer Neubaugebiete eingesetzt.
Aquiferspeicher werden direkt durch Grundwasseraustausch be- und entladen. Hier wird in der Regel das Dublettenprinzip angewandt, wobei die beiden Brunnen den Jahreszeiten entsprechend abwechselnd als Förder- oder Schluckbrunnen fungieren. Je nach hydrogeologischer Untergrundsituation nutzen Wärme- und Kältespeicher ein und demselben Aquifer, wobei für eine optimale Ausbeute auf einen ausreichenden Abstand zwischen Förder- und Reinjektionspunkt geachtet werden muss. Bei mehreren erschließbaren Grundwasserhorizonten empfiehlt es sich für die Wärme- und Kältespeicherung unterschiedliche Grundwasserstockwerke zu verwenden.
Als Wärmequelle für die sommerliche Speicherung kann neben solarthermisch gewonnener Sonnenenergie, ungenutzte Abwärme von Kraftwerken oder Industrieprozessen oder schlicht der Rücklauf aus dem Kühlungskreislauf eingesetzt werden.
Die geothermische Wärmespeicherung findet sehr häufig praktische Anwendung. Große Anlagen in Kombination mit Solarthermie sind zum Beispiel in Neckarsulm mit einem Sondenfeld aus über 500 Sonden und in einem Sondenfeld mit etwa 100 Sonden in Crailsheim umgesetzt.
Das prominenteste Beispiel für einen Aquiferspeichersystem findet sich im Reichstag in Berlin. Hier wird im Sommer in einem 280-315m tiefen Aquifer die Abwärme des hauseigenen Blockheizkraftwerks gespeichert. Die Kältespeicherung erfolgt in einem etwa 60m tiefen Grundwasserhorizont.