GeoTES

01.07.2022 - 30.06.2025

Die Nutzung saisonaler Hochtemperatur-Aquiferspeicher (HT-ATES) in Kombination mit Großwärmepumpen wurde bisher nur unzureichend berücksichtigt. Daher ist es das Ziel des Verbundprojekts GeoTES, ein mathematisches Modell für ein optimiertes ober- und untertägiges Wärmesystem sowie für dessen Einbindung in Wärme- und Stromnetze zu entwickeln. Das Konzept von GeoTES umfasst die Wärmeentnahme aus tiefen Aquiferen mit Temperaturen von über 40°C zur Versorgung von Wärmepumpen und deren Integration in Wärmenetze. Dabei sollen die Aquiferspeicher über eine mit erneuerbarer Energie gespeiste Großwärmepumpe sowie über Industrieabwärme und Solarthermie regeneriert werden. Aufgrund der thermischen Kapazität des geologischen Untergrundes mit ganzjährig verfügbaren hohen bzw. niedrigen Temperaturen, der Effizienz von Großwärmepumpen sowie der Nutzung regenerativer Energiequellen und industrieller Abwärme wird mit dem Projekt ein nachhaltiger Ansatz zur Umsetzung der Wärmewende verfolgt. Die Entwicklung eines umfassenden geothermalen Speicherkonzepts zur Wärme- und Kälteversorgung soll anhand des Beispielstandortes Burgwedel in der Region Hannover erfolgen. Die tiefen Thermalwässer an diesem Standort repräsentieren mit ihrer hohen Salzfracht typische Bedingungen für den norddeutschen Raum. Der sehr gute seismische Erkundungsstand des Beispielstandortes und Untersuchungsergebnisse einer benachbarten Tiefbohrung erlauben eine umfassende Lagerstättencharakterisierung der thermalwasserführenden Sandsteine. Ähnliche geologische Situationen mit geeigneten Sandsteinformationen finden sich in tiefen Aquiferen in großen Teilen Deutschlands.

GeoTES besteht aus insgesamt fünf Teilprojekten (TP). Im Rahmen des ersten Teilprojekts soll mit Hilfe des Open-Source Simulators DuMu^x ein numerisches Reservoirmodell zur Simulation von ATES-Systemen entwickelt werden, welches sowohl geohydraulische und geochemische Effekte berücksichtigt als auch Speichereffizienz und Betriebssicherheit. TP2 befasst sich mit übertägigen Versorgungsanlagen, die in einem Gesamtmodell zusammengefasst werden. Hierfür wird ein allgemein verwendbares Quartiersmodell erstellt sowie Standardlastprofile, welche die elektrische Lastseite repräsentieren. Weiterhin ist die Entwicklung einer Strategie für die Systemintegration von Großwärmepumpen geplant. Im dritten Teilprojekt erfolgt die Optimierung von Bohrungs- und Produktionsparametern. Hierzu soll ein thermisches Bohrungsmodell mit dem Reservoir- und Quartiersmodell gekoppelt und für die Anwendung auf mehrphasige Fluide erweitert werden. Ziel von TP4 ist die Erstellung eines integrierten ATES-Simulationsmodells und dessen Anwendung auf den Beispielstandort Burgwedel, wobei sowohl unterschiedliche Bohrlochkonfigurationen als auch alternative Konfigurationen zur Speicheroptimierung erprobt werden sollen. Die Modellierungen werden allgemeingültig formuliert und mit den verfügbaren Daten der Beispiellokation parametrisiert. Neben einer Validierung der Modellansätze wird auf diese Weise eine Übertragbarkeit des Gesamtmodells auf andere Standorte möglich. Das fünfte Teilprojekt dient der Projektkoordination. Im Ergebnis soll das Projekt GeoTES Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes der thermischen Energiespeicherung in Aquiferen zur emissionsneutralen Energieversorgung von Neubau- und Bestandsquartieren standortneutral aufzeigen und hierzu numerische Simulationswerkzeuge bereitstellen.