Speicherkonzepte
Für die Speicherung von Wärme im Untergrund stehen verschiedene Speicherkonzepte zur Verfügung, die jedoch einen unterschiedlichen technologischen Reifegrad aufweisen:
Erdwärmesondenspeicher (BTES – Borehole Thermal Energy Storage)
Erdwärmesondenspeicher zählen zu den ausgereiftesten Speicherkonzepten. Verwendet werden sie vorrangig zur Speicherung von Niedertemperatur-Wärme (bis ca. 30°C) in Tiefen von 50 bis ca. 200 Meter. Der Einsatz erfolgt zumeist in großvolumigen Gebäuden (insbesondere Bürogebäuden) mit alternierendem Heiz- und Kühlbedarf sowie in Niedertemperatur-Wärme- und -Kältenetzen („Anergienetzen“) (BMK, 2022). Ein bekanntes Umsetzungs-Beispiel ist der Smartblock Geblergasse.
Wie die Umsetzung eines Anergienetzes auch in einem Gründerzeitquartier gelingen kann, erfahren Sie im Kurs Plus-Energie-Quartiere: Praxisbeispiele, Wocheneinheit 6: Smart Block Geblergasse.
„Thermisch aktivierte, erdberührte Gebäudeelemente inkl. Tunnel
Das technologische Anwendungsprinzip sowie der technologische Reifegrad sind ähnlich zu den Erdwärmesondenspeichern. Der Einsatz erdberührter Gebäudeelemente als Speicher ergibt sich zumeist „schleichend“ aufgrund des alternierenden Heiz- und Kühlbedarfs der Gebäude“ (BMK, 2022).
„Niedertemperatur-Aquiferspeicher (LT-ATES)
Dieses Konzept beruht auf einer alternierenden Nutzung oberflächennaher Grundwasserkörper im Temperaturbereich unter 30°C (in Österreich wird eine maximale Einleitetemperatur von 20°C empfohlen). Der Vorteil dieser Anwendungsmethode besteht in der Verringerung der thermischen Auswirkung von Grundwassernutzung durch negative Interferenz der infolge der Anwendung resultierenden Temperaturfahne im Grundwasser“ (BMK, 2022).
Unter Aquifer versteht man einen Gesteinskörper mit Hohlräumen, der geeignet ist, Grundwasser weiterzuleiten und auch abzugeben:
Hochtemperatur-Aquiferspeicher (HT-ATES)
„Sie basieren auf der Nutzung tiefliegender Aquifere in Tiefen zwischen 300 und ca. 2.000 Metern unter Gelände. Das technologische Anwendungsprinzip ist ähnlich wie bei der Niedertemperatur-Aquiferspeicherung. Die Beladung und Entladung der im Regelfall räumlich begrenzten Aquifere erfolgt durch Änderung der Fließrichtung in Tiefbohrungen die als Brunnenanlagen genutzt werden. Ein HT-ATES-Speicher besteht wiederum aus zumindest zwei Tiefbohrungen. Im Gegensatz zu Niedertemperatur-Aquiferspeichern besitzt das HT-ATES-Konzept einen etwas geringeren technologischen Reifegrad“ (BMK, 2022).
Ein Umsetzungsbeispiel für einen HT-ATES ist das Deutsche Reichstagsgebäude. Die aus der Kraft-Wärme-Kopplung anfallende Wärme wird über zwei Bohrungen in eine wasserführende Gesteinsschicht in 300 m Tiefe eingespeichert. „Dazu wird aus der einen Bohrung das dort in porösem Gestein eingelagerte Wasser mit einer natürlichen Temperatur von ca. 20°C hochgepumpt, über Wärmetauscher in den Bundestagsgebäuden mit der Überschusswärme aufgeheizt und durch eine ca. 280 m entfernt liegende zweite Bohrung wieder in die Tiefe eingeleitet. Das eingespeicherte Wasser wird mit einer Pumpenleistung von maximal 100 m³/h und einer Temperatur von ca. 60°C in das Gestein verpresst und in der nächsten Heizperiode mit einer Temperatur von ca. 55°C wieder heraufgepumpt. Mit fortschreitender Entnahme sinkt die Fördertemperatur, bis bei ca. 30°C eine wirtschaftlich nutzbare Wärmeentnahme beendet ist“ (Deutscher Bundestag).
Kavernenspeicher und Minenspeicher (CTES – Cavern Thermal Energy Storage)
„Sie werden in Festgesteinsgebieten oder zur Nachnutzung von bereits bestehenden Hohlräumen, insbesondere stillgelegten Bergwerken eingesetzt. Kavernenspeicher profitieren von der thermischen Trägheit des umgebenden Gebirges sowie von ökonomischen Synergieeffekten in der Nachnutzung bereits vorhandener Hohlräume. Die Beladung bzw. Entladung der Speicher erfolgt durch Schächte, Bohrungen oder Zuleitungen in Zugangsstollen. Pilotanlagen existieren z.B. in Schweden (Kavernenspeicher) oder den Niederlanden (ehemalige Kohlemine).“ (BMK, 2022)
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