Die EU strebt bis zum Jahr 2050 eine Wirtschaft ohne Treibhausgasemissionen (THG) an. Derzeit entfallen rund 50 % des Endenergiebedarfs in Europa auf Heizung und Kühlung, die zu einem großen Teil durch Energie aus fossilen Brennstoffen gedeckt werden. Eine groß angelegte saisonale Wärmespeicherung ist eine Schlüsselstrategie zur Dekarbonisierung der Heizung, um die Ziele der EU zu erreichen, da nachhaltige Quellen wie Erdwärme und Solarenergie im Sommer viel Wärme liefern, während wir sie im Winter benötigen. Das PUSH-IT-Konsortium erhält diese Förderung von Horizon Europe, um Wärmespeicher-Systeme zu demonstrieren und zu entwickeln. PUSH-IT steht für "Piloting Underground Seasonal Heat Storage In geothermal reservoirs".
Die TU Delft ist Leiter von PUSH-IT. Martin Bloemendal ist Assistenzprofessor am Lehrstuhl für Wasserwirtschaft an der Fakultät für Bauingenieurwesen und Geowissenschaften und am KWR und wird das Projekt leiten. PUSH-IT wird ein Schaufenster mit einer groß angelegten Anwendung der saisonalen Wärmespeicherung (bis zu 90°C) in geothermischen Reservoiren unter Verwendung von drei verschiedenen Technologien sein, die als Aquifer, Borehole und Mine Thermal Energy Storage (ATES, BTES, MTES)* bekannt sind. An 6 verschiedenen Standorten in Europa repräsentieren sie zusammen relevante geologische Bedingungen, die in ganz Europa weit verbreitet sind.
PUSH-IT wird jede der Technologien pilotieren und entwickeln: ATES in Delft, BTES in Darmstadt und MTES in Bochum, während wir auch Folgestandorte für jede Technologie haben: Berlin, Litomerice (Tschechische Republik) und Cornwall. Wir werden unter anderem die Umweltauswirkungen verringern und die Leistung verbessern, indem wir die Wärmeverluste im Untergrund simulieren und überwachen und die Konstruktion und den Betrieb entsprechend optimieren, um diese Verluste zu begrenzen. Darüber hinaus werden wir die Einbindung der Speicher über ein nachfrageseitiges Management mit maschinellen Lerntechnologien optimieren. Auch die Einbindung der Bürger, die Analyse von Motivationen und Wahrnehmungen in Bezug auf die Wärmespeicherung und die Untersuchung von politischen Maßnahmen und Geschäftsmodellen, die die Bürger in die Entscheidungsfindung in Bezug auf städtische Heizsysteme einschließlich der Speicherung einbeziehen, sind nichttechnische, aber sehr wichtige Elemente des Projekts", sagt Bloemendal.
Die Wärmequelle für das ATES in Delft wird die geplante geothermische Quelle auf dem Campus der TU Delft sein. Sobald diese realisiert und in Betrieb ist, wird die geothermische Quelle auch im Sommer Wärme produzieren, wenn der Bedarf gering ist. Die im Sommer produzierte Wärme wird im ATES-System im lokalen Grundwasserleiter in etwa 200 m Tiefe gespeichert und im Winter wieder entnommen. Mit der Wärme aus dem ATES kann auch der Spitzenbedarf aus nachhaltigen Ressourcen gedeckt werden, anstatt Gas zu verbrennen", erklärt Bloemendal. Dies wird die Treibhausgasemissionen für die Beheizung des Campus weiter reduzieren und könnte auch für die Stadt Delft genutzt werden. Die Kombination von ATES und Geothermie in der Gebäudetechnik ist weltweit einzigartig und hebt die TU Delft international hervor. Nicht nur wegen der Anwendung dieser Kombination, sondern auch wegen der damit verbundenen Forschung und Ausbildung, die in diesen Einrichtungen durchgeführt wird. Die von PUSH-IT am Standort Delft entwickelten Schlüsselinnovationen beziehen sich auf die Bohrung, die Fertigstellung und das Design des Bohrlochs sowie die Überwachung und Prüfung des geothermischen Bohrlochs, die Kontrolle der Wasserqualität und die Systemintegration/-steuerung.
Im Rahmen von PUSH-IT werden wir unsere Technologien für eine Vielzahl von Konfigurationen von Wärmequellen, Wärmespeichertechnologien, geologischen Bedingungen, Verteilungssystemen, Stakeholder-Populationen sowie Markt- und rechtlichen Bedingungen entwickeln, einsetzen und testen. Somit bietet das Programm eine einzigartige Möglichkeit zur Demonstration, Integration und Weiterentwicklung der saisonalen Wärmespeicherung im Sommer für die Nutzung im Winter. PUSH-IT wird überwachte und bewertete operative Projekte durchführen und diese nutzen, um generische Lösungen und Praktiken zu entwickeln, die in ganz Europa relevant sind. Diese Ergebnisse werden die Nutzung nachhaltiger Energie verbessern und ein ausgewogenes System zur Aufteilung von Nutzen und Lasten im Zusammenhang mit nachhaltiger Wärmeerzeugung, -speicherung und -verteilung schaffen", sagt Bloemendal. Um dies erfolgreich zu erreichen, vereint das PUSH-IT-Konsortium Wärmelieferanten, Brunnenbohrer, öffentliche Planungsbüros und akademische Partner.
Bloemendal meint: "Die Energiewende ist jetzt. Es ist ein Privileg, mit einem internationalen Konsortium an diesem EU-Thema zu arbeiten, um die Nutzung von geothermischen Hochtemperaturreservoiren als Energiespeicher für ein nachhaltiges Energiesystem zu demonstrieren. Jetzt und in der nahen Zukunft".
Aquiferspeicher (Aquifer Thermal Energy Storage, ATES) ist die Speicherung und Rückgewinnung von Wärmeenergie in Aquiferen, d. h. durchlässigen Schichten, die Grundwasser enthalten. ATES-Systeme nutzen zwei oder mehr Grundwasserbrunnen für die gleichzeitige Injektion oder Entnahme von Grundwasser, um Wärme in den oder aus dem Grundwasserleiter zu transportieren. Die Speicherung und Rückgewinnung von Wärme erfolgt durch die anschließende Injektion von heißem Grundwasser in den so genannten heißen Brunnen im Sommer und die Entnahme aus dem warmen oder kalten Brunnen im Winter. Das Grundwasser wird also als Wärmeträger genutzt. Systeme auf niedrigem Temperaturniveau werden in der Regel in Kombination mit einer Wärmepumpe betrieben; weltweit sind mehr als 3.000 solcher Systeme in Betrieb. Die Wärmespeicherung auf höheren Temperaturniveaus (HT) in ATES hat ein großes Potenzial, erfordert jedoch eine Weiterentwicklung der Technologie, bevor sie in großem Maßstab eingesetzt werden kann (weniger als 10 HT-ATES-Systeme).
Ein Bohrloch-Wärmespeicher (Borehole Thermal Energy Storage, BTES) ist ein großer, unterirdischer Wärmetauscher. Ein BTES-System besteht aus einer Reihe von Rohren, die vertikal in einem Bohrloch im Untergrund verlegt sind. In den Rohren zirkuliert ein Medium, das einen Wärmeaustausch mit dem umgebenden Sediment/Gestein ermöglicht. Im Sommer zirkuliert warmes Wasser in den Rohren, wodurch sich der Untergrund um das Bohrloch herum aufheizt. Im Winter wird kaltes Wasser umgewälzt, um die Wärme zu entziehen. Der Wärmeaustausch mit dem Untergrund erfolgt durch Konduktion. Daher haben BTES-Systeme im Allgemeinen eine geringere Kapazität als ATES-Systeme. Wie ATES wird auch BTES üblicherweise bei niedrigen Temperaturen in Kombination mit einer Wärmepumpe eingesetzt, wobei weltweit mehr als 1.000.000 Systeme in Betrieb sind; für höhere Speichertemperaturen ist jedoch eine Weiterentwicklung erforderlich.
Bei der Minenwärmespeicherung ( Mine Thermal Energy Storage, MTES) wird das in stillgelegten Minen vorhandene Grundwasser genutzt. Wie bei ATES wird das vorhandene Grundwasser als Träger für den Transport der Wärme zum und vom Bergwerk verwendet. Wie bei ATES wird also im Sommer heißes Grundwasser in die Mine eingeleitet und im Winter entnommen.
MTES ist eine Technologie, die sich in der Entwicklung befindet; derzeit sind weltweit weniger als 5 Systeme in Betrieb.
Quelle: TU Delft
