Bau- und Integrationskonzepte für Großwärmespeicher entwickelt

Ziel von großen thermischen Energiespeichern ist es unter anderem, den Überschuss an erneuerbaren Energien vom Sommer in den Winter zu transferieren, die Flexibilitäten von Fernwärmenetzen zu erhöhen und für Versorgungssicherheit und -unabhängigkeit von fossilen Energieträgern zu sorgen.

In Dänemark, einem Vorreiterland auf dem Gebiet der Großwärmespeicher, sind die ersten Erdbecken-Wärmespeicher, vorwiegend zur Speicherung von Wärme solarthermischer Großanlagen, bereits seit einigen Jahren, mit durchwegs positiven Erfahrungen, in Betrieb. Durch die günstigen geologischen Bedingungen in Dänemark sowie vergleichsweise niedrigen Grundstückspreisen spielt die Speicherbauweise und die Flächeninanspruchnahme im Gegensatz zu Österreich nur eine untergeordnete Rolle. Das Forschungsprojekt „ScaleUp“ hat sich das Ziel gesetzt, den ersten skalierbaren unterirdischen Großwasserwärmespeicher im städtischen Umfeld zu realisieren. Ein weiteres Ziel ist es, die öffentliche Akzeptanz solcher neuartigen Bauwerke zu erhöhen, indem ScaleUp speziell ökologische und soziale Aspekte berücksichtigt.

Neben den baulichen und behördlichen Aspekten ist auch die Integration des Speichers mit dessen Betriebsstrategie ein wichtiger Faktor, weshalb im Forschungsprojekt simulative Betrachtungen einen weiteren Schwerpunkt darstellen. Ein erster Meilenstein des bis zum Jänner 2026 laufenden Forschungsprojektes, wurde nun mit der Definition der Baseline (Simulationsausgangssystem) erreicht.

Dafür wurde zunächst mit Simulationen von stationären Betriebspunkten eine grobe Abschätzung für die Auslegung des Systems – Großwärmespeicher mit 40.000 m³, Wärmepumpe, Wärmetauscher und Peripherie – und den damit möglichen Betriebsweisen durchgeführt. Mithilfe der daraus gewonnen Erkenntnissen wurde die Baseline aufgebaut und eine Regelungsstrategie entwickelt.

Um zukünftige Integrationsszenarien zu beleuchten, wurde ein Lade- und Entladeprofil für das hypothetische Jahr 2030 – erstellt von Wien Energie – in die Simulationen integriert, welches nun von AEE INTEC für mehrere Jahre simuliert wurde. Daraus resultierend wurden die Auslegungsparameter der wichtigsten Komponenten und die dazugehörigen Regelstrategien ermittelt. Die bisherigen Simulationen gaben auch Aufschluss über die Wärmeverluste des Großwärmespeichers und die Wechselwirkung zwischen dem Grundwasser und dem Speicher.

Ist die Baselinie definiert, folgt als nächster Schritt die Variantenanalyse, bei der neben der Baselinie weitere Konzepte untersucht werden, um anschließend unterschiedliche Optimierungen vorzunehmen zu können. Dabei werden Parameter, wie die Wärmepumpengröße, die Regelungseinstellungen, die Wärmeverlustbeiwerte speziell im Zusammenhang mit der Grundwasserinteraktion, auf deren Sensitivitäten analysiert, um auch noch verschiedene Betriebsstrategien zu entwickeln. Ein weiterer Fokus der Simulation liegt auch auf dem Hochskalieren des Speichers, auf etwa 1 Million Kubikmeter, um die Dekarbonisierung von Fernwärmenetzen voranzutreiben und dessen Flexibilitäten optimal zu nutzen.

Auftraggeber/Fördergeber
Klima- und Energiefonds

Programm
4th Call – Energy Model Region

Projektkoordinator
Wien Energie GmbH

Projektpartner
AEE INTEC
PORR Bau GmbH
Ingenieurbüro ste.p ZT-GmbH
GeoSphere Austria

Kontakt
Franz Hengel