Saisonale Wärmespeicher [SF]
Schmidt, T., Pauschinger, T., Sørensen, P. A., Snijders, A., Djebbar, R., Boulter, R. & Thornton, J. (2018) https://doi.org/10.1016/j.egypro.2018.08.223. CC BY 4.0
Saisonale Speicher sind im Vergleich zu Tagesspeichern für deutlich längere Speicherzeiträume ausgelegt und können Wärme über mehrere Monate speichern. Sie ermöglichen beispielsweise die Speicherung von überschüssiger Wärme aus Solarthermie in den Sommermonaten, um diese im Winter für die Wärmeversorgung bereitzustellen.
Zunehmend werden auch andere Quellen genutzt und mit Solarthermie kombiniert. Aufgrund der langen Speicherdauer sind hierbei insbesondere geringe Wärmeverluste und eine hohe Speicherkapazität von Bedeutung. Eine ausführliche Darstellung bietet https://www.saisonalspeicher.de/.
Aquifer
Als Aquifer-Speicher wird ein unterirdisches thermisches Speichersystem bezeichnet, bei dem ein natürlich vorkommender Grundwasserleiter (Aquifer) als Speicher genutzt wird. Der Aquifer besteht aus wasserführenden geologischen Schichten, beispielsweise aus Sand, Kies oder porösem Gestein. Ein Aquifer-Wärmespeicher nutzt einen unterirdischen Grundwasserleiter als natürliches Speichermedium. Für den Betrieb werden in der Regel zwei Bohrungen eingesetzt. Während der Beladung wird Grundwasser aus dem Aquifer gefördert, über einen Wärmeübertrager auf das gewünschte Temperaturniveau gebracht und anschließend über eine zweite Bohrung wieder in den Untergrund eingebracht. Bei der späteren Wärmeentnahme wird der Prozess umgekehrt: Das erwärmte Grundwasser wird aus dem Speicher gefördert und gibt seine gespeicherte Wärme über einen Wärmeübertrager an das angeschlossene Wärmesystem ab. Aquifer eignet sich insbesondere für größere thermische Speichersysteme, da das natürliche Porenvolumen des Aquifers ein großes Speichervolumen bereitstellen kann. Gleichzeitig stellt die Abhängigkeit von den hydrogeologischen Eigenschaften des Standorts eine wesentliche Einschränkung dar.
Erdwärmesondenspeicher
Erdwärmesondenspeicher sind eine Form der thermischen Energiespeicherung, bei der der umgebene Boden und Gestein als Speichermedium genutzt wird. Hierfür werden Erdwärmesonden beziehungsweise Bohrloch-Wärmeübertrager in ein Feld aus mehreren vertikalen Bohrunen eingebracht. Bei der Beladung zirkuliert ein Wärmeträgermedium durch die Sonden, wodurch die Wärme an den umgebenen Untergrund übertragen werden kann. Dadurch steigt die Temperatur des Untergrunds auf bis zu ungefähr 90 Grad Celsius im Bereich der Bohrungen an und die thermsiche Energie kann so gespeichert werden. Bei der Entladung wird die Strömungsrichtung umgekehrt. Das Wärmeträgermedium nimmt beim Durchströmen der Rohre die Wärme wieder auf.
Bohrloch-Batterie
Die Bohrloch-Batterie ist ein Konzept zur Speicherung großer Energiemengen in Form von Wärme im Untergrund. Dabei werden stillgelegte Bohrlöcher beziehungsweise unterirdische Hohlräume ehemaliger Öl- und Gasförderstätten als Wärmespeicher genutzt. Zur Speicherung wird überschüssiger Strom aus erneuerbaren Energiequellen wie Windkraft- und Photovoltaikanlagen genutzt. Eine Hochtemperatur-Wärmepumpe wandelt die elektrische Energie in Wärme um und erhitzt das im Untergrund vorhandene Wasser auf Temperaturen von etwa 200 Grad Celsius. Das Konzept ist primär für die Speicherung elektrischer Energie ausgelegt. Das Speicherprinzip kann jedoch auch unmittelbar zur Speicherung thermischer Energie genutzt werden. In diesem Fall kann die Wärmezufuhr beispielsweise direkt über eine Wärmequelle wie Solarthermie erfolgen, sodass die Umwandlung durch eine Wärmepumpe entfällt. Ebenso entfällt die Turbine für die Rückverstromung. Die Wärme verbleibt anschließend über längere Zeit im unterirdischen Speicher. Bei Bedarf kann die gespeicherte Wärme wieder entnommen und über eine Turbine zur Stromerzeugung oder für Wärmeanwendungen genutzt werden. Das Prinzip ähnelt damit der Nutzung einer künstlich erzeugten geothermischen Wärmequelle.
Erdbeckenspeicher
Bei Erdbeckenspeichern wird ein künstlich angelegtes Speicherbecken im Erdreich errichtet und mit einem geeigneten Speichermedium befüllt. Als Speichermedium wird Wasser verwendet. Die ausgehobene Grube bildet dabei das Speichervolumen, deren Boden und Seitenwände die Begrenzung des Speichers darstellen. Die Innenflächen des Erdbeckens werden mit einer wasserundurchlässigen Liner-Schicht ausgekleidet. Diese verhindert, dass das Wasser in den Untergrund fließt und schützt gleichzeitig den angrenzenden Boden vor einer Durchfeuchtung. Die Auswahl des Linermaterials ist insbesondere bei erhöhten Temperaturen von Bedeutung, da das Material sowohl gegenüber der Temperatur als auch gegenüber dem Speichermedium beständig sein muss. Typischerweise werden maximale Temperaturen von 90 Grad Celsius erreicht. Außerhalb beziehungsweise oberhalb der wasserundurchlässigen Auskleidung wird eine thermische Dämmung vorgesehen.