SUBI - Safety of Underground Gas Storage Sites

Projektüberblick

Der sichere Betrieb bzw. die sichere Verwahrung von Gasspeichern ist für den Umwelt- und Klimaschutz von entscheidender Bedeutung, insbesondere ist der Schutz der für die Trinkwassergewinnung geeigneten Grundwässer zu berücksichtigen.

Das Projekt SUBI befasst sich mit der Erarbeitung eines grundlegenden Prozessverständnisses zum Einfluss dynamischer Belastung auf Poren- und Kavernenspeicher.

Ziel des Vorhabens: die skalenübergreifende und interdisziplinäre Untersuchung der komplexen geomechanischen Vorgänge, welche einen Einfluss auf die Zuverlässigkeit von Untertage-Gasspeichern haben. Dabei soll der Einfluss zyklischer Beanspruchungen von technischer Installation und Gasspeichern im regionalen Stressfeld untersucht werden um geeignete Betriebsweisen für Gasspeicher ableiten zu können.

 

Techikumsversuch: Autoklav Typ II

SUBI - Für eine nachhaltige und sichere Nutzung des Untergrundes

Gasspeicherung für die Energiewende

Eine nachhaltige Energiewende kann nur erfolgreich gelingen, wenn die fluktuierenden erneuerbaren Energien (EE) in großen (TWh) Mengen über Wochen und Monate hinweg gespeichert und im Bedarfsfall, z.B. bei einer Dunkelflaute, wieder in das Netz eingespeist werden können. Es besteht daher ein dringender Bedarf an leistungsfähigen Energiespeichern.

Insbesondere die geologische Gasspeicherung bietet hier großes Potential und könnte erhebliche zur Energiewende beitragen, wenn „überschüssige“ Energie (z.B. aus der Windkraft und Photovoltaik) über Power to Gas Wasserstoff oder Methan erzeugt und geologisch gespeichert würde. Für die Rückverstromung sind Gaskraftwerke im Spitzen¬lastbetrieb und für die Netzstabilisierung hervorragend geeignet und stellen eine wichtige Stütze für ein ver¬sorgungs-sicheres Energiekonzept basierend auf fluktuierenden Erneuerbaren Energien dar. Gasspeicherung ist ein bewährtes Verfahren mit einer ausgebauten Transport-Infrastruktur. Gasspeicher und Verteilungsinfrastruktur sind vermutlich ein Schlüsselelement einer versorgungssicheren Sektorenkopplung. Mit bis zu 24,3 Mrd. Nm³ (technisch nutzbares Arbeitsgasvolumen) sind Gasspeicher die mit Abstand größten Energiespeicher in Deutschland und können rund 250 TWh (Pumpspeicherkraftwerke in Deutschland ca. 40 GWh) liefern. Ein weiterer signifikanter Ausbau wird erforderlich, wenn wir mit fluktuierenden erneuerbaren Energien die Versorgung sicherstellen wollen.

Sicherheit im Betrieb und in der Nachbetriebsphase

Der sichere Betrieb bzw. die sichere Verwahrung von Gasspeichern ist für den Umwelt- und Klimaschutz von ent¬scheidender Bedeutung. Insbesondere ist der Schutz der für die Trinkwassergewinnung geeigneten Grundwässer zu berücksichtigen. Ein geeignetes Monitoring kann helfen, beim weiteren Betrieb alter und dem Ausbau zusätzlicher Speicher die Schutzgüter zu schützen.

Das Projekt SUBI befasst sich mit der Erarbeitung eines grundlegenden Prozessverständnisses zum Einfluss dynamischer Belastung auf Poren- und Kavernenspeicher wie diese im Betrieb – insbesondere bei fluktuierender Energieeinspeisung auftreten. Dazu wurden geeignete Modellansätze entwickelt und parametrisiert. Zur Beschreibung des Verhaltens aktueller Speicher wurden skalenübergeifende Ansätze gewählt und erfolgreich getestet. Es wurden fehlende und kritische Gesteinsparameter in Labor- und Technikumsversuchen gewonnen sowie Untersuchungen zur Fluidchemie und Mikrobiologie durchgeführt. Damit stehen Expertenwissen und Expertengruppen zur Verfügung, welche sich den Schlüsselfragen zur Erhöhung von Sicherheit von Gasspeichern auch im Zuge von Power to Gas Anwendungen stellen.

In SUBI bringen sich Industriepartner maßgeblich ein. Die Unterstützung reichte von Probenbereitstellung (Uniper SE), Materialbereitstellung (Zement, Dyckerhoff), fachliche Beratung (Dyckerhoff, Uniper SE, SGW Solvay GmbH) bis zur Freigabe von Daten (Uniper SE, SGW Solvay GmbH).

 

Neue Herausforderungen für Gasspeicher durch die Energiewende

Betriebsbeginn der Untertage-Gasspeicher unterschieden nach den verschiedenen Speichertypen. Die
meisten Porenspeicher sind weit über 30 Jahre alt. Kavernenspeicher gibt es seit 1961 (IGU, 2014).

Im Zuge der Energiewende erhöhen sich die Anforderungen an Untertage Gasspeichern (UGS), die infolge größerer Fluktuation in der Energiebereitstellung für eine höhere Frequenz und z.T. auch Amplitude von Speicheroperationen ausgelegt werden sollten. Der Einfluss solch zyklischer Belastungen auf die geologischen und technischen Komponenten und damit auf die Funktionalität und Sicherheit von UGS steht deshalb im Fokus des Vorhabens.

Das Projekt verfolgt dabei einen holistischen Ansatz bei der Beobachtung betriebsbedingter Eigenschaftsänderungen von Speicher, Deckgebirge und deren Anbindung an technische Einrichtungen (z.B. Zementation – Bohrungen). Eng verzahnte experimentelle und numerische Untersuchungen bilden die Basis für Modellvorhersagen, die mit Feldbeobachtungen validiert werden. Diese Modelle werden für Szenarien-Betrachtungen an realen und modellhaften Speichern genutzt, um optimierte Verfahrensweisen für Betrieb und Nachbetriebsphase abzuleiten.

 

Interaktion der unterschiedlichen Kompartimente auf die Funktionalität und Integrität von
Untertage-Gasspeichern.

Ziel des Vorhabens SUBI

Skalenübergreifende und interdisziplinäre Untersuchung der komplexen geomechanischen Vorgänge, welche einen Einfluss auf die Zuverlässigkeit von Untertage-Gasspeichern haben.

Dabei soll der Einfluss zyklischer Beanspruchungen von technischer Installation und Gasspeichern im regionalen Stressfeld untersucht werden um geeignete Betriebsweisen für Gasspeicher ableiten zu können. Dabei steht implizit die Frage im Mittelpunkt, wie durch einen optimierten Betrieb die Sicherheit der Speicher möglichst weiter gesteigert werden kann, ohne die Speicherfunktionalität zu beeinträchtigen.

Projektstruktur

 

SUBI - Sicherheit von Untertagespeichern bei zyklischer Belastung: Funktionalität, Integrität und Überwachung von Speichern und Bohrungen

  • Contact:

    Frank Schilling

    Birgit Müller

    Susanne Kuchling (DGMK, susanne.kuchling@dgmk.de)

  • Funding:

    BMBF, Fachprogramm "GEO:N Geoforschung für Nachhaltigkeit"

    im Rahmenprogramm "FONA Forschung für Nachhaltige Entwicklung"

  • Partner:

    AGW Ingenieurgeologie (KIT, P. Blum)

    Geodätisches Institut (KIT, M. Westerhaus)

    TU Darmstadt (A. Henk)

    Institut für Gebirgsmechanik GmbH, Leipzig (T. Popp)

    Gesteinslabor Dr. Eberhard Jahns e.K., Heiligenstadt (C. Dietl)

    Piewak & Partner GmbH, Bayreuth (T. Röckel)

    HoMe, Merseburg (H. Würdemann)

    Martin-Luther Universität, Halle-Wittenberg (Ch. Lempp)

    GFZ, Potsdam (O. Heidbach)

    Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle e.V., Hamburg (S. Kuchling)

  • Startdate:

    2017

  • Enddate:

    2020