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Symbolfoto: Das AIT ist Österreichs größte außeruniversitäre Forschungseinrichtung

Entwicklung von Kavernenwärmespeicher in Österreich

HEATROCK – Thermische Energiespeicherung in kristallinen Gesteinen

Wärmenetze sind ein wesentlicher Bestandteil der Energiewende, da nahezu die Hälfte des Endenergieverbrauchs in Österreich in Form von thermischer Energie erfolgt. Die verstärkte Nutzung erneuerbarer Energien führt zunehmend zu zeitlichen und räumlichen Diskrepanzen zwischen Energieangebot und Wärmebedarf. Daher ist es entscheidend, die Entkopplung von Energieerzeugung, Verbrauch und Speicherung voranzutreiben. 

Großwärmespeicher spielen eine Schlüsselrolle bei der effizienten Nutzung klimaneutraler Abwärme und Energie sowie beim Ausbau von Fernwärmenetzen. Sie ermöglichen die Speicherung und Nutzung vorhandener Ressourcen über Wochen oder sogar Monate hinweg. Insbesondere saisonale thermische Energiespeicher können die Wärmewende maßgeblich unterstützen, indem sie im Sommer erzeugte Energie oder industrielle Abwärme für den Einsatz in den Wintermonaten nutzbar machen. 

In urbanen Gebieten stellen jedoch hohe Grundstückspreise, begrenzte Flächenressourcen und eine dichte Bebauung Herausforderungen für den Bau großer, sichtbarer Speicher dar. Darüber hinaus kann auch eine mangelnde gesellschaftliche Akzeptanz ein bedeutendes Hindernis sein. 

Die Technologie der saisonalen Großwärmespeicher, insbesondere Erdbeckenspeicher, hat bereits ein fortgeschrittenes Entwicklungsstadium erreicht. In Dänemark und Deutschland existieren zahlreiche umgesetzte Beispiele, vor allem in ländlichen Gebieten oder kleineren Quartieren. Auch das Interesse an der Nutzung dieser Technologie nimmt stetig zu. Allerdings weisen Erdbeckenspeicher einige Nachteile auf, wie eine begrenzte Speicherkapazität und vergleichsweise hohe Baukosten, insbesondere unter den Bedingungen in Österreich. 

Eine vielversprechende Alternative zu Erdbeckenspeichern ist die Nutzung von Kavernen im Festgestein als Großwärmespeicher (Cavern Thermal Energy Storages, CTES). Österreich bietet viele potenzielle Standorte für solche Kavernenspeicher, oft in der Nähe von urbanen Zentren. Diese Speicher zeichnen sich durch eine extrem lange Lebensdauer und eine nahezu unsichtbare Integration in die Umgebung aus. 

Technologisch unterscheiden sich Kavernenspeicher jedoch sowohl von Erdbeckenspeichern als auch von herkömmlichen Tunnelbauprojekten, was spezifische Anforderungen und Chancen bei ihrer Umsetzung mit sich bringt. 

Projektziele

Das Projekt HEATROCK verfolgt zwei zentrale Ziele: die Weiterentwicklung der Technologie optimierte Kavernenspeicher für den saisonalen Ausgleich in urbanen Fernwärmenetzen von Technologiereifegrad (TRL) 2 auf TRL 4 sowie die Senkung der spezifischen Investitionskosten für Kavernenspeicher. 

Durch dieses technologische Forschungsprojekt sollen österreichische Forschungsinstitutionen, öffentliche Unternehmen und Technologieanbieter als Vorreiter im Bereich der Wärmespeicherung in geologischen Kavernen etabliert werden. Damit wird ein bedeutender Innovationsimpuls für die Wärmewende in Österreich geschaffen, der zudem einen Beitrag zur Erreichung der Klimaneutralität leistet – sowohl auf nationaler Ebene als auch darüber hinaus. 

Projektdetailziele: 

  • Entwicklung der Technologie Kavernenspeicher,
  • Kostengünstige Kavernenspeicher-Lösungen,
  • Entwicklung von Dämmungs- und Abdichtungsmethoden,
  • Verbesserte Planungsmethoden,
  • Verbesserte Simulationsmodelle und digitale Zwillinge für optimierten Entwurf, Planung und Betrieb. 

Weiterentwicklung von Kavernenspeichern

Der aktuelle Stand der Technik in der Technologie von Kavernenspeichern umfasst den Einsatz fortschrittlicher Materialien und innovativer Designansätze, die darauf abzielen, Wärmeenergie mit minimalen Verlusten zu speichern und bei Bedarf effizient freizusetzen. Wichtige Elemente dabei sind: 

  • Dichtungsmaterialien: Robuste und zuverlässige Dichtungsmaterialien sind essenziell, um Leckagen zu verhindern und die langfristige Integrität des Speichersystems sicherzustellen. 

  • Hocheffiziente Isolationsmaterialien: Diese minimieren Wärmeverluste und tragen entscheidend zur Gesamtenergieeffizienz bei. 

  • Intelligente Steuerungssysteme: Solche Systeme optimieren die Wärmeabgabe basierend auf dem aktuellen Bedarf und verbessern so die Betriebseffizienz. 

  • Effiziente Wärmetauscher: Diese gewährleisten eine effektive Übertragung der Wärmeenergie zwischen dem Speichermedium und dem Wärmeversorgungssystem. 

  • Überwachungs- und Sicherheitssysteme: Diese Systeme ermöglichen eine kontinuierliche Kontrolle des Speicherbetriebs und gewährleisten ein hohes Maß an Betriebssicherheit. 

  • Integration erneuerbarer Energien und Abwärmequellen: Die Nutzung von regenerativen Energiequellen und industrieller Abwärme kann den Speicherprozess nachhaltiger gestalten und die Gesamteffizienz steigern.

Diese Technologien zusammen bilden die Grundlage für die Weiterentwicklung moderner Kavernenspeicher und deren Integration in zukunftsorientierte Wärmenetze.

 

Das AIT spielt eine zentrale Rolle im FFG-finanzierten HEATROCK-Projekt, das auf die Verbesserung der Effizienz und Nachhaltigkeit von saisonalen thermischen Energiespeichersystemen abzielt. Als Leiter des Arbeitspakets 6 und 7 (AP6 und AP7) ist das AIT für mehrere wichtige Aufgaben verantwortlich: 

  1. Simulationsmodelle und digitale Zwillinge: Digitale Simulationen und virtuelle Modelle ermöglichen es, die Leistungsfähigkeit der Speichersysteme präzise vorherzusagen, was zu einer besseren Planung und einem optimierten Betrieb führt, 

  2. Entwicklung von Lade- und Entlademethoden und -vorrichtungen: Das AIT arbeitet an innovativen Ansätzen, um die Prozesse zur Speicherung und Belade/Entnahme von thermischer Energie effizienter und effektiver zu gestalten, 

  3. Charakterisierung und Anwendung von Dämm- und Abdichtungsmaterialien: Dies umfasst die Identifikation und den Einsatz optimaler Materialien, die zur Verbesserung der Energieeffizienz und zur Kostensenkung in Energiespeichersystemen beitragen, 

  4. Techno-ökonomische Analysen: Um die technische und wirtschaftliche Umsetzbarkeit der Speichersysteme zu bewerten, führt das AIT detaillierte Analysen durch, identifiziert Potenziale sowie Risiken und entwickelt Strategien zur Maximierung der Systemvorteile, 

  5. Multiplizierbarkeit: Das AIT wird zur Multiplizierbarkeit dieses Forschungsprojektes beitragen, damit die Ergebnisse, Erkenntnisse und Methoden zur Wärmespeicherung in Kavernen auch auf andere Energieversorger, Stadtwerke etc. in anderen Regionen, Ländern und Kontinenten angewendet und übertragen werden können.