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Untergrundspeicherung von Energie

In China befindet sich die Forschung für unterirdische Salzkavernenspeicher von Energie noch in der Anfangsphase. Der Hauptunterschied beim Bau unterirdischer Speicher zwischen Deutschland und China liegt dabei darin, dass in Deutschland ausreichend mächtige Salzstöcke (von mehreren hundert bis tausend Meter) mit hohem NaCl-Gehalt (bis zu 95%) und wenigem Anteil der unlösbaren Verunreinigungen vorhanden sind, während es in China ausschließlich nur horizontale Salzlagerstätten mit einer Mächtigkeit weniger als 300m und hohem Anteil der Verunreinigungen (15%-25%), sowie Zwischenmitteln, gibt. Im Vergleich zu Deutschland werden in China speziell folgende Forschungen durchgeführt:

  • Untersuchung zu den mechanischen Eigenschaften von chinesischem Steinsalz mit hohem Anteil an Verunreinigungen und Zwischenschicht (häufig Tonstein)
  • Entwicklung eines geeigneten Stoffmodells für die mechanischen Eigenschaften der chinesischen Salzlagerstätten mit hohem Verunreinigungsgrad
  • Optimierung des Dimensionierungskonzepts unter Berücksichtigung der Sicherheit und Wirtschaftlichkeit bei Einbeziehung der Gefügeschädigung, aber auch der Schädigungsrückbildung und Verheilungen im dilatanten Steinsalz. Denn der geologische Unterschied der deutschen und chinesischen Salzlagerstätten wirkt sich bei der Dimensionierung und der Kavernengeometrie aus.
  • Untersuchung zur Optimierung der Betriebsparameter und des langfristigen Tragverhaltens von Erdgas-Speicherkavernen insbesondere in horizontalen, geringmächtigen Salzlagerstätten

 

 

Innerhalb der Kooperationsgruppe beschäftigen sich chinesische und deutsche Wissenschaftler aktuell mit folgenden Forschungsthemen:

  • Experimentelle Untersuchungen zum Verheilungsverhalten des Steinsalzes. Beantwortung der Fragen: Unter welchen Bedingungen und wie werden vorhandene Gefügeschädigungen im Steinsalz zurückgebildet oder verheilen sogar vollständig?
  • Experimentelle Untersuchungen zum Permeabilitätsverhalten des Steinsalzes mit unterschiedlichen Anteilen an Verunreinigungen bzw. zur Kopplung von Schädigung, Porosität und Permeabilität in dilatantem Steinsalz. Beantwortung der Fragen: Wie stehen Permeabilität, Verunreinigung, Volumendilatanz und Kompaktion, Gefügeschädigung und Verheilung sowie der Spannungszustand zueinander?
  • Experimentelle und numerische Untersuchungen zum thermisch-hydraulisch-mechanisch gekoppelten Verhalten des Steinsalzes (THM-Verhalten). Die Ergebnisse sind auch im Zusammenhang mit der radioaktiven Endlagerung in Salzformationen verwendbar.
  • Benchmark-Forschung der deutschen und chinesischen Stoffmodelle des Steinsalzes: Vergleichsanalyse der deutschen und chinesischen Stoffmodelle des Steinsalzes
  • Untersuchung der Auswirkung von Störfällen auf Kavernen sowie Entwicklung von Maßnahmen zur Reduzierung der Speicherschädigung
  • Ähnlich wie Pumpspeicherwerke stellen die Druckluft-Salzkavernenspeicher (compressed air energy storage, CAES) eine Möglichkeit für die umfangreiche Speicherung der Stromleistung dar. Umgebungsluft wird Komprimierung und in unterirdischen Kavernenspeichern zum Zweck der Speicherung gespeichert. Bei Bedarf, während der Hochlastzeiten, leitet das System die komprimierte Luft durch eine Entspannungsturbine und erzeugt Strom. Die Stromerzeugung aus Druckluftspeicherkraftwerken wird auch als eine wichtige Entwicklungsrichtung in Zukunft betrachtet, denn sie hilft die Stromnetze gleichmäßig auszulasten. Für den Druckluftkavernenspeicher können wegen seiner Vergleichbarkeit mit einem Erdgas-Salzkavernenspeicher die Basistheorien für den Erdgas-Salzkavernenspeicher übertragen werden. Aber wegen der kurzen Injektions- bzw. Produktionsperiode eines Druckluftkavernenspeichers und des somit entstehenden Innenspannungswechsels müssen die Gefügeschädigung und das Verheilungsverhalten des Steinsalzes weitergehend erforscht werden, die bisher nicht untersucht werden musste.
 

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