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Energiespeicher in der Unterwelt

Etwa ein Viertel des Endenergieverbrauchs in Deutschland wird als elektrische Energie, hingegen etwa die Hlfte fr die Bereitstellung von Wrme verwendet. Im Rahmen der Energiewende soll die Energieversorgung in Deutschland bis 2050 zu 60 Prozent aus erneuerbaren Energiequellen gedeckt werden, Strom sogar zu mehr als 80 Prozent. Erneuerbare Energien wie Sonne oder Wind sind aber nicht immer dann verfgbar, wenn sie gebraucht werden, sondern schwanken zeitlich. Daher lsst sich mit Windkraft- oder Solaranlagen teilweise mehr Energie produzieren, als bentigt wird oder in die Netze eingespeist werden kann, teilweise aber auch zu wenig. Whrend Sonnenenergie im Sommer durch solarthermische Anlagen genutzt werden kann, wird Heizwrme hauptschlich im Winter bentigt. Daher liegt es auf der Hand, dass groe Energiespeicher ntzlich sein knnen, um diese zeitlichen Schwankungen auszugleichen: Gas- und Wrmespeicher im unterirdischen Gestein bieten hierbei gute Optionen.

Welche dieser geotechnischen Speicherarten fr Schleswig-Holstein in Frage kommen und wie diese effizient mit dem Energie- und Wrmemarkt gekoppelt werden knnen, diesen Themen widmet sich das Forschungsprojekt ANGUS II (Auswirkungen der Nutzung des geologischen Untergrundes als thermischer, elektrischer oder stofflicher Speicher). Das Projekt wird fr vier Jahre bis Ende 2020 mit insgesamt 6,7 Millionen Euro durch das Bundesministerium fr Wirtschaft und Energie (BMWi) gefrdert und durch Professor Andreas Dahmke und Professor Sebastian Bauer von der Christian-Albrechts-Universitt zu Kiel (CAU) koordiniert.

Weitere Partner an der Kieler Universitt sind Professor Wolfgang Rabbel, Professor Frank Wuttke und Professor Rainer Duttmann. Darber hinaus konnten Professor Olaf Hohmeyer von der Europa-Universitt Flensburg, Professor Ilja Tuschy von der Hochschule Flensburg, Professor Frank Sirocko von der Johannes-Gutenberg-Universitt Mainz sowie Professor Olaf Kolditz und Dr. Hans-Hermann Richnow vom Helmholtz-Zentrum fr Umweltforschung in Leipzig als Partner gewonnen werden.

Wir wissen, dass es in Schleswig-Holstein viele gute Speichermglichkeiten im Untergrund gibt. Wasserstoff, synthetisches Methan aus Windkraft und Druckluft knnen in Salzkavernen und in tieferliegenden porsen Gesteinsschichten gelagert werden. Wrme kann auch oberflchennah im Untergrund eingespeichert werden. Beides geht in Schleswig-Holstein theoretisch im groen Mastab. Der wchentliche Strombedarf unseres Landes liee sich beispielsweise theoretisch mit einem groen Wasserstoffspeicher in einer geologischen Formation abdecken, erlutert Professor Sebastian Bauer ein Ergebnis der bisherigen Forschungen. Im Vorgngerprojekt ANGUS+ hatte das Forschungsteam aus Mitgliedern der CAU, den Helmholtz-Zentren Leipzig und Potsdam sowie der Ruhr-Universitt Bochum die Speichermglichkeiten im schleswig-holsteinischen Untergrund untersucht. Im Folgeprojekt sollen nun diese Speicherpotenziale und ihre mgliche Einbindung in das Energienetz weiter erforscht werden.

Vor einer konkreten Umsetzung der Grundlagenforschung in die praktische Anwendung mssen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zunchst noch viele Fragen beantworten: Welche Energiemenge muss eigentlich wann und fr welchen Zeitraum gespeichert werden? Wie viel Energie brauchen wir heute und wie viel in den nchsten 20 Jahren? Wie kann sich zum Beispiel ein Druckluftspeicherkraftwerk ber diesen Zeitraum rentieren? Wieviel Wrme kann im stdtischen Raum durch erneuerbare Energien erzeugt und wo kann diese gespeichert werden? Welche langfristigen Effekte ergeben sich aufgrund des Speicherbetriebes in den geologischen Schichten fr die Umwelt? Fr die dauerhafte Nutzung einer geologischen Formation unter variabler Zufhrung und Entnahme von Gasen oder Wrme muss nicht nur der Speicherbetrieb gesichert, sondern auch die hydraulischen, chemischen, thermischen oder mechanischen Auswirkungen dieser Nutzung vorhersagbar, berwachbar und ohne schdliche Nebenwirkungen sein.

Die Forschenden beschftigen sich zunchst mit der Entwicklung neuer Methoden zur Quantifizierung und der mathematischen Beschreibung der relevanten Prozesse, die der Dimensionierung und Auslegung der Speicher zugrunde liegen. Die Erkenntnisse aus den Prozessstudien werden dann in grotechnischen Laboruntersuchungen fr Wrmespeicher berprft. Mit ca. fnf Tonnen Sediment bauen wir die Natur nach und erforschen unter kontrollierten Bedingungen, welche Detailprozesse mit verschiedenen Arten der Wrmespeicherung genau verbunden sind. Dabei achten wir darauf, welche unmittelbaren Auswirkungen fr den Speicher selbst, aber auch fr seine umgebende Schicht und oberflchennahe unterirdische Schutzgter wie Grundwasser entstehen, erklrt Bauer.

Parallel dazu erfolge die Erforschung der Markteinbindung. Dazu werden unter Anderem numerische Modelle zu Energiespeichern, Kraftwerkseinzelanlagen und Energienetzen erstellt. Die Ergebnisse dieser realistischen und auf Schleswig-Holstein als Modellregion fokussierten Simulationen werden anschlieend in einer Datenbasis fr den Datentransfer zusammengefhrt. Das erlaubt uns die gemeinsame Nutzung der Modelle unter wirtschaftlichen Aspekten und stellt eine konsistente Methodik zur Integration von geotechnischen Speichern in die Energienetze dar, so Professor Andreas Dahmke.

Um den Anteil an erneuerbarer Energie nicht nur im Strom- sondern auch im Wrmesektor zu erhhen, knne mithilfe dieser Grundlagenforschung knftig zum Beispiel berschssige erneuerbare Energie aus Solarthermie, die saisonal und wetterabhngig produziert wird, als Wrmeenergie gespeichert werden. Energiewende geht nicht ohne Wrmewende, betont der Geowissenschaftler Dahmke den Beitrag, den urbane Wrmespeicher in Zukunft spielen knnen. Mit dem Forschungsprojekt ANGUS II soll daher auch die Wrmewende vorangetrieben werden. Dieser Beitrag ist naturgem nicht auf Schleswig-Holstein beschrnkt, sondern von nationaler Bedeutung. Auch international ist dieses Projekt aufgrund der geowissenschaftlichen Grundlagenforschung kombiniert mit anwendungsnahen Aspekten der Systemintegration magebend und von hoher Relevanz bei der Transformation der Energiesysteme.

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