Zyklische Prozesse in unterirdischen Pumpspeicherwerken

• Antragsteller: Professor Dr. Florian Amann, Ph.D.; Professor Peter Kukla, Ph.D.; Professor Dr.-Ing. Axel Preuße; Professor Dr.-Ing. Holger Schüttrumpf
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449163970

Im Rahmen der Energiewende hat sich die Bundesregierung zum Ziel gesetzt, eine zuverlässige, ökologisch und ökonomisch nachhaltige Energieversorgung zu gewährleisten. Aus diesem Grund wird die Energieerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen immer wichtiger. Sein Anteil am Bruttostromverbrauch soll bis 2050 auf mindestens 80% steigen. China wurde weltweit zur Nummer eins bei der Erzeugung erneuerbarer Energien mit insgesamt 1.870 TWh, was 26,7% des gesamten Stromverbrauchs des Landes entspricht. Da erneuerbare Energien naturgemäß größeren Schwankungen unterliegen als fossile Brennstoffe, wird die Umgestaltung des Energiesystems zu einem größeren Bedarf an leistungsstarken, dezentralen Energiespeichersystemen führen. Pumpspeicherkraftwerke stellen im Vergleich zu anderen Technologien eine effiziente und technisch ausgereifte Form der Energiespeicherung dar.In Zeiten übermäßiger Stromerzeugung wird Wasser von einem nachgeschalteten Speicher in einen vorgeschalteten Speicher gepumpt, wo es als lokale Energie gespeichert wird. Wenn Strom benötigt wird, wird das gespeicherte Wasser in den nachgeschalteten Speicher abgelassen, wo die potenzielle Energie von Turbinen und Generatoren in elektrische Energie umgewandelt wird. Die Menge der Stromerzeugung von Pumpspeicherkraftwerken hängt von der Ableitung von Wasser in der Druckleitung, dem Wasservolumen, das gespeichert werden kann, und der vertikalen Differenz zwischen dem vor- und nachgeschalteten Speicher ab. Dies erklärt, warum die am besten geeigneten Standorte in den Bergregionen Süddeutschlands oder Chinas liegen.Eine alternative Möglichkeit zur Implementierung von Pumpspeichern in der Nähe von Produktions- und Verbrauchsstandorten sind unterirdische Konstruktionen wie bestehende Minen oder neue Ausgrabungen, die speziell für Pumpspeicher konzipiert wurden. Neben der Unabhängigkeit von topografischen Bedingungen besteht der Vorteil in einem geringeren Platzbedarf auf der Oberfläche, der mit einer größeren Akzeptanz in der Bevölkerung einhergehen könnte. Darüber hinaus wird erwartet, dass der vertikale Unterschied zwischen dem oberen und dem unteren Reservoir in ehemaligen Minen in unterirdischen Pumpspeicherkraftwerken (UPSP) höher ist, was zu einem vergleichsweise höheren Energiespeicher führt als bei herkömmlichen Pumpspeicherreservoirs. Ziel des geplanten Projekts ist es, die Machbarkeit der Nutzung des verlassenen unterirdischen Raums von Kohlebergwerken als Reservoir für UPSP zu untersuchen. Dies erfordert detaillierte hydrogeologische, hydrochemische und gesteinsmechanische Stabilitätsüberlegungen sowie die Analyse des verfügbaren unterirdischen Raums. In einem zweiten Schritt wird die Langzeitstabilität von Lagerstätten in Kohlengruben unter zyklischen Belastungen unter Berücksichtigung dynamischer und zyklischer Prozesse im Zusammenhang mit Anlagenbetrieb und hydrodynamischen Prozessen analysiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Haibo Bai; Professor Dr. Zhengfu Bian; Professor Dr. Jiu Huang; Professor Dr.-Ing. Hai Pu; Professor Dr. Yuejin Zhou