Das HEATSTORE-Projekt: Bewertung des Implementierungspotenzials der unterirdischen Hochtemperatur-Wärmespeicherung

Damit die Energiewende gelingt, müssen kohlenstoffarme Wärmequellen geschaffen werden. Die Wärmespeicherung ist bei dieser Entwicklung von wesentlicher Bedeutung, da sie die Flexibilität bietet, mit den Schwankungen von Wärmeangebot und -nachfrage umzugehen (z.B. jahreszeitliche Veränderungen des Wärmebedarfs). Darüber hinaus könnte überschüssige Wärme aus industriellen und zivilen Aktivitäten, die bisher an die Umwelt abgegeben wurde, zur saisonalen Versorgung unterirdisch gespeichert werden. Es ist das Hauptziel des HEATSTORE-Projekts, die HT-UTES-Technologien weiterzuentwickeln.

In der Schweiz sollen im Rahmen von HEATSTORE zwei Demonstrationsprojekte zur Speicherung thermischer Energie aus Hochtemperatur-Aquiferen (HT-ATES) durchgeführt werden, bei denen industrielle Abwärme in eine Ressource umgewandelt wird. Die Demonstrationsprojekte befinden sich in den Kantonen Genf und Bern.

Die HEATSTORE-Demonstrationsprojekte sind Teil der SCCER-SoE. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Genf, Bern, Neuenburg und der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETHZ) gehen der Frage nach, ob HT-ATES realisierbar ist oder nicht. Sie arbeiten eng mit zwei Industriepartnern zusammen, den Services Industriels de Genève (SIG) und der Energie Wasser Bern (EWB).

Die geplanten Aktivitäten umfassen die Charakterisierung des Untergrundes, die Analyse des Energiesystems, die Gestaltung der Oberflächenimplementierung, die Verbesserung des rechtlichen Rahmens und die Geschäftsmodellierung, um die Nachhaltigkeit der Projekte zu gewährleisten. Dieser Ansatz wird durch grosse industrielle Investitionen für die Charakterisierung des Untergrundes unterstützt. Zwei bis zu 750 und 1400 Meter unter der Oberfläche gebohrte Bohrlöcher in der Region Genf liefern Daten über potenzielle Ziele in den Karbonat-Mesozoik-Einheiten. Ein Feldlabor in kleinerem Massstab wird von der Universität Neuenburg in Concise (VD) eingerichtet, das die Durchführung thermohydraulischer Tests in den mesozoischen Einheiten ermöglicht. Explorationsbohrungen, die bis zu 500 Meter unter die Erde reichen, werden die Molassesedimente im Raum Bern anvisieren.

Diese Bohrungen ermöglichen nicht nur die Erkundung und Charakterisierung des Untergrundes, sondern sie werden auch Daten liefern, die die Forschenden für detaillierte thermohydraulisch-mechanisch-chemische (THMC) Modellierungen verwenden werden, um das thermische Energiespeicherpotenzial an den beiden Standorten zu bewerten. Die Forschenden werden die Ergebnisse einer solchen numerischen Modellierung mit einer Energiesystemanalyse kombinieren, um die Abwärmeverfügbarkeit sowie den Wärmebedarf zu quantifizieren und damit die Produktions- und Injektionsvorgänge zu optimieren. Die Ergebnisse der gekoppelten Bewertungen werden ihnen helfen, die Integration der neuen Anlagen in das Fernwärmenetz zu entwerfen. Die Verbesserung der rechtlichen Rahmenbedingungen auf der Grundlage einer vollständigen technischen Bewertung und des Austauschs bewährter Verfahren mit den anderen europäischen Partnern wird ein wichtiges Instrument sein, um die Einführung der HT-ATES-Systeme zu ermöglichen und zu beschleunigen. Gleichzeitig trägt die Geschäftsmodellierung dazu bei, die wirtschaftliche Durchführbarkeit der Projekte zu kalibrieren und hilft den Industriepartnern bei der Planung künftiger Investitionen.

Illustration des Genfer Projekts zur Bewertung des Wärmespeicherpotenzials für die Entwicklung eines HT-ATES-Systems, das an ein von den Services Industriels de Genève (SIG) betriebenes Müllheizkraftwerk angeschlossen ist.

Die Wissenschaftler werden Daten kombinieren, die im Rahmen der von SIG und EWB vorangetriebenen industriellen geothermischen Explorations- und Entwicklungsaktivitäten gesammelt wurden, um mehrere integrierte Prognosemodelle zu erstellen. Diese Modelle werden es ermöglichen, die technisch-wirtschaftliche, rechtlich-soziale Machbarkeit von HT-ATES-Projekten in der Schweiz zu bewerten.

Die Forschenden werden (a) die Energiesystemkonfiguration in Bezug auf die Verfügbarkeit von Überschusswärme und den Wärmebedarf und (b) die Untergrundbedingungen kombinieren, um eine Reihe von Szenariomodellen für ATES-Systeme zu erstellen. Die Ergebnisse erlauben es den Forschenden, die technische Machbarkeit von HT-ATES-Systemen an den beiden Pilotstandorten zu beurteilen.

Die Modelle werden anhand der Daten kalibriert, die sich aus den von den Industriepartnern durchgeführten Feldoperationen ergeben, um schliesslich 1) die vielversprechendsten Szenarien zu definieren, 2) den Wert der neu zur Verfügung gestellten Informationen zu bewerten, 3) die wirtschaftlichen Leistungen der identifizierten Szenarien zu bewerten und 4) eine Verbindung zu den regulatorischen und ökologischen Randbedingungen herzustellen, um die allgemeine technische, wirtschaftliche, rechtliche und soziale Durchführbarkeit der Projekte zu beurteilen.

Schematische Darstellung des Pilotprojekts in Bern zur Speicherung von Abwärme aus dem nahe gelegenen Kraftwerk Bern-Forsthaus.

Die Autoren dieses Berichts danken dem Schweizer HEATSTORE-Konsortium für den Beitrag.