„nachhaltige technologien 02 | 2026"

Die Entwicklung dieses Systems am Kompetenz- zentrum Thermische Energiespeicher (CC TES) der Hochschule Luzern (HSLU) umfasste drei zentrale Aspekte: erstens die Erprobung von Dämmmate- rialien, die langfristig hohen Temperaturen und hydrostatischem Druck standhalten; zweitens eine wasserdampfdiffusionsdichte Abdichtung zum Schutz der Dämmung vor Feuchtigkeit; und drittens zuverlässige und wirtschaftliche Produktions- und Montageverfahren. Insbesondere die diffusionsdichte Abdichtung stellt einen kritischen Punkt dar. Hochwertige Lösungen wie vor Ort geschweisste Stahltanks sind technisch möglich, untergraben jedoch den wirtschaftlichen Vorteil der Raumumnutzung. Daraus ergeben sich zwei zentrale Forschungsrichtungen: die Entwicklung kostengünstiger, diffusionsdichter Abdichtungen so- wie alternative Konzepte, bei denen Dampfdiffusion zugelassen und aktiv gemanagt wird. Grossvolumige Kavernenspeicher Ein zunehmender Fokus liegt auf grossvolumigen Kavernen im Kontext von Wärmenetzen (Cavern Ther- mal Energy Storages – CTES; vgl. Abbildung 2). Dabei können Kavernen entweder gezielt neu errichtet oder bestehende Hohlräume umgenutzt werden, wobei Letzteres aus Kostengründen besonders attraktiv ist, jedoch Einschränkungen hinsichtlich Standort und Geometrie mit sich bringt. In der Schweiz bieten insbesondere stillgelegte Tunnel und Zivil- schutzanlagen interessante Potenziale, da sie sich meist im Siedlungsraum befinden. Bei ausreichend grossen Volumina könnten solche Speicher– analog zu Erdbeckenwärmespeichern – voraussichtlich ohne zusätzliche Dämmung gebaut werden, was sowohl die Investitionskosten reduziert als auch Feuchtig- keitsprobleme der Dämmung vermeidet. Abbildung 2: Prinzipschema Kavernenwärmespeicher (Cavern Thermal Energy Storage – CTES) mit thermischem Netz im Untergrund von Siedlungsflächen Quelle: HSLU / Sebastian Ammann Neben der Systemintegration stellen sich bei Kaver- nenwärmespeichern vor allem konstruktive Fragen. In Skandinavien wurden bereits mehrere ehemalige Öl- kavernen erfolgreich zu Wärmespeichern umfunktio- niert. Diese waren bereits für Flüssigkeitsspeicherung ausgelegt und weisen daher eine hohe natürliche Dichtheit im Festgestein auf, wodurch zusätzliche Abdichtungsmassnahmen minimiert werden konnten. Für Anwendungen in porösem oder durchlässigem Gestein wird hingegen an neuen Abdichtungskon- zepten geforscht. Es gilt, temperaturbeständige und langzeitstabile Materialien und Montageverfahren für komplexe, grossvolumige Raumgeometrien zu entwickeln und zu optimieren. Moderne Laserscan- technologien ermöglichen dabei eine präzise Erfas- sung der Kavernengeometrie (vgl. Abbildung 3) und darauf basierend soll in Zukunft eine automatisierte Planung der Auskleidung erfolgen. Ergänzend können CFD-Analysen eingesetzt werden, um Strömungsver- halten, Temperaturschichtung und Durchmischung in der gegebenen Geometrie zu optimieren. Zudem müssen die Einflüsse unterschiedlicher geologischer Bedingungen und Grundwasservorkommen auf Bau und Betrieb bewertet werden. Abbildung 3: Laserscan eines stillgelegten Eisenbahntunnels als Punktewolke dargestellt Quelle: HSLU / Sebastian Ammann Ausblick Thermische Energiespeicher in unterirdischen Kavernen weisen ein erhebliches Potenzial für die Realisierung grossvolumiger Wärmespeicherung in dicht besiedelten Räumen auf, da sie keine zusätz- liche Flächenkonkurrenzen schaffen. Für eine breite Anwendung besteht jedoch weiterhin Forschungs- bedarf. Zentrale Themen sind die Weiterentwicklung diffusionsdichter Abdichtungsmaterialien, sowie die Auslegung und der Bau von ausgekleideten Kavernenspeichern. Darüber hinaus ist ein vertieftes Verständnis der Einflüsse verschiedener geologi- scher Bedingungen und Grundwasserverhältnisse auf Bau, Betrieb und Langzeitverhalten dieser Speicher erforderlich. Sebastian Ammann ist Dozent und Co-Leiter der Forschungsgruppe saisonale Thermische Energiespeicher an der Hochschule Luzern – Kompetenzzentrum Thermische Energiespeicher. sebastian.ammann@hslu.ch Luca Brauchli ist wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Hochschule Luzern – Kompetenzzentrum Thermische Energiespeicher. luca.brauchli@hslu.ch