giga_TES – Saisonale Speicher zur Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien für Distrikt

Projektleiter Gesamtprojekt: AEE INTEC (AEE - INSTITUT FÜR NACHHALTIGE TECHNOLOGIEN)

Projektleiter Universität Innsbruck: Fabian Ochs (UIBK Energieeffizientes Bauen)

Projektmitarbeiter: Abdulrahman Dahash, Alice Tosatto, Michele Bianchi Janetti

 Projektpartner:

  • AEE INTEC (AEE - INSTITUT FÜR NACHHALTIGE TECHNOLOGIEN) (Österreich)
  • SOLID Solar Energy Systems GmbH (Österreich)
  • Ingenieurbüro ste.p ZT GmbH (Österreich)
  • Institute of Polymer Materials and Testing - Johannes Kepler Universität Linz (Österreich)
  • Bilfinger VAM Anlagentechnik GmbH (Österreich)
  • Wien Energie GmbH (Österreich)
  • GVT Verfahrenstechnik GmbH (Österreich)
  • Geologie und Grundwasser GmbH (Österreich)
  • Salzburg AG für Energie, Verkehr und Telekommunikation (Österreich)
  • PORR Bau GmbH (Österreich)
  • Gabriel-Chemie Gesellschaft m.b.H. (Österreich)
  • PlanEnergi (Denmark)
  • agru Kunststofftechnik Gesellschaft m.b.H. (Österreich)
  • SOLITES - Steinbeis Forschungsinstitut für solare und zukunftsfähige thermische Energiesysteme (Deutschland)
  • Metawell GmbH (Deutschland)
  • Smart Minerals GmbH (Österreich)

Fördergeber: (FFG, Energieforschung, flagship)

Laufzeit: 01.01.2018 – 30.06.2021

Projektwebsite: https://gigates.at/index.php/de/

Förderungsssumme: € 4.4 mio

Zusammenfassung

Um als langfristiges Ziel eine Versorgung mit 100 % erneuerbarer Energie zu erreichen, benötigen Fernwärmenetze Großwärmespeicher wie Erdbecken- und Tankspeicher. Da diese Systeme in einem städtischen Umfeld umgesetzt werden, sollte die erforderliche Oberfläche minimiert werden, um den relativ hohen Grundstückspreisen Rechnung zu tragen. Durch die Verlegung der Speicher unter die Oberfläche und Nutzung der Oberfläche als Freizeitgelände bzw. zur Installation von Solarkollektorfeldern können minimierte Kosten erreicht werden. Fernwärmenetze beanspruchen thermische Energiespeichervolumina von 50 000 m³ bis zu einer Mio. m³, was einer Milliarde Litern entspricht. Derzeit werden große thermische Speicher in Deutschland und hauptsächlich in Dänemark betrieben, mit kürzlich errichteten Speichervolumina bis nahezu 200 000 m³.

Erfahrungen mit existierenden Großwärmespeichern für Fernwärmenetze sind aufgrund der niedrigen Anzahl und kurzen Lebensdauer der Speicher noch immer begrenzt. Verbesserungen sind vor allem in Bezug auf Leistung und Haltbarkeit der Materialien und der Komponentenentwicklung notwendig. Kosteneffizienz und Systemintegrationen machen höhere Speicherdichten und dadurch höhere Temperaturen erforderlich, was gleichzeitig noch höhere Anforderungen an die verwendeten Materialien stellt. Dampfdichtheit, Gebrauchsfähigkeit und Haltbarkeit innovativer Lösungen für Abdeckung und Wände sowie Isolierungen erfordern neuartige Materialien und Komponenten als auch verbesserte Testmethoden. Zusätzlich sind aufgrund der anvisierten Größe der thermischen Wärmespeicher und deren Konstruktion unter der Oberfläche neue Konstruktionsmethoden notwendig. Demzufolge gliedert sich das Projekt in folgende Forschungsbereiche: Entwicklung von Komponenten und Technologien, Materialentwicklung und -prüfung, Computerunterstützte Speicheroptimierung, Systemintegration und Speichermanagement.

Erwartete Resultate von gigaTES:

  1. Ein umfassender Überblick über Erfordernisse und relevante Herausforderungen für den Einsatz und die Umsetzung von Giga-Wärmespeichern sowie die Entwicklung eines wissenschaftlichen Entscheidungstools für repräsentative zukünftige Anwendungsszenarien international und für Österreich.
  2. Entwicklung von innovativen, bestmöglichen Konstruktionsmethoden für Giga-Wärmespeicher unter besonderer Berücksichtigung der Bodenbedingungen. Basierend auf fünf typischen Boden- und Gesteinsprofilen werden verschiedenartige bodenmechanische Ansätze für tiefe Beckenexkavationen bewertet sowie ihre Möglichkeiten dargestellt.
  3. Ausarbeitung wirtschaftlicher und umsetzbarer Lösungen für kritische Speicherkomponenten wie Bodenplatte, Wände und Abdeckung.
  4. Entwicklung von neuartigen polymeren und anorganischen Materialien für die Konstruktion von Giga-Wärmespeichern sowie die Entwicklung von Tests und Methoden zur Beurteilung der Lebensdauer zur schnelleren und realistischeren Auslese und Vorqualifizierung dieser Materialien.
  5. Entwicklung einer Methodologie, um den Anstieg der Bodentemperatur und der Grundwassertemperatur abhängig von spezifischen geo- bzw. hydrogeologischen Bedingungen und der Speicherkonstruktion vorherzusagen. Eine Ko-Simulationsplattform für die Optimierung von Systemkonfiguration und Regelungsstrategie wird entwickelt.
  6. Bewertung des zusätzlichen Nutzens und der Bedeutung von großen Speichern in existierenden und zukünftigen Fernwärmenetzen. Analyse der Sensitivitäten und gegenseitigen Beeinflussung von Systemparametern mit Wirkung auf das Gesamtergebnis, sowie die Ableitung von Betriebsfenstern und optimierten Systemkonfigurationen für bekannte Randbedingungen und unter besonderer Beachtung österreichischer Randbedingungen.

Schwerpunkt der Universität Innsbruck

Um großflächige unterirdische thermische Wärmespeicher auf Fernwärmesystemebene zu bewerten und zu optimieren, sind detaillierte dynamische Modelle erforderlich. Modelle für Komponenten (z.B. hygrothermische Modelle) und für Speicher („Stand-alone“ und Systemintegrationen) erlauben, die thermische Leistung von großtechnischen Wärmespeichern unter Berücksichtigung der Randbedingungen vorherzusagen sowie Auswirkungen auf die Umgebung zu untersuchen.

 
 
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