HEATbucket - Unterirdische Wärmespeicher zur Verbesserung der CO2-Bilanz und Dezentralisierung der Wärmeversorgung im urbanen Raum

Im urbanen Raum stellt die Wärmeversorgung bzw. auch die Kühlung von Gebäuden eine der maßgebenden Herausforderungen im Zuge der Energiewende dar. Mit HEATbucket soll hierzu eine bautechnische Lösung untersucht werden, mit welcher unterirdische Wärmespeicher im bebauten Gebiet umgesetzt werden können. Neben den technischen Herausforderungen steht hier die generelle Machbarkeit sowie die Beeinflussung des Untergrundes und des Grundwassers im Vordergrund.

Kurzbeschreibung

Ausgangssituation/Motivation

Die im Sinne der Nachhaltigkeit sehr positive Entwicklung im Ausbau und der Erweiterung erneuerbarer Energiequellen wird früher oder später in einem Defizit an Speichermöglichkeiten gipfeln, was im Umkehrschluss potenziell zu einer Verschwendung an vorhandener Primärenergie führen kann.

Beispielsweise wird gewonnene Energie aus Photovoltaikanlagen in Form von Elektrizität oftmals nicht zum Entstehungszeitpunkt genutzt, was meist in unerwünschten Spannungsspitzen im lokalen Versorgungsnetz, ausgelöst durch die Einspeisung der Überschussenergie, resultiert.

Abhilfe kann derzeit hauptsächlich durch die Verwendung von Batteriesystemen geschaffen werden. Alternativ dazu wäre es möglich, die gewonnene Energie durch Power-to-Heat als Wärme zu speichern oder die Kraft der Sonne direkt durch Solarthermie in Wärmeenergie zu überführen. Doch auch im Bereich der nachhaltigen Wärmespeicherung bedarf es neuer Entwicklungen.

Inhalte und Zielsetzungen

Das Projekt HEATbucket greift diese Problematik auf und fokussiert die Erarbeitung möglicher Wärmespeicher-Lösungen für den urbanen Raum, wobei ein praxisnaher Ansatz im Fokus steht. Das Problem wird vorwiegend bautechnisch und thermodynamisch bzw. hydrogeologisch betrachtet, unter Berücksichtigung der technisch notwendigen Ausstattung von Wärmespeichersystemen. Ziel des Projektes ist es, die Möglichkeiten unterirdischer Wärmespeicher im urbanen Raum zu ergründen und diese bestmöglich auszureizen. Die Evaluierung unterschiedlicher Systemkombinationen spielt hierbei eine tragende Rolle.

Methodische Vorgehensweise

Es soll eine Machbarkeitsstudie bzw. Potentialanalyse zu unterirdischen Wärmespeichern in dicht besiedelten Gebieten stattfinden. Hierbei wird einerseits die Möglichkeit eines reinen Heißwasserspeichers, andererseits die Nutzung des vorhandenen Untergrundes (Lockergestein & Grundwasser) als Speichermedium, untersucht.

Weiters geht man auf unterschiedliche Konstruktionsformen, respektive einzelne größere Speicher, parallele Schaltung mehrerer kleinerer Batteriespeicher und die serielle Schaltung mehrerer einzelner Speicherzellen, in Abhängigkeit der Grundfläche und des Platzangebotes, ein. Damit erzielt das Projekt die Darstellung mehrerer Lösungsvorschläge für die innerstädtische Anwendung unterirdischer Wärmespeicher.

Aufgrund der äußerst schützenswerten Grundwasservorkommen in Österreich wird ergänzend eine umfangreiche Studie zum Einfluss der Speichersysteme auf das umliegende Grundwasser angedacht. Es wird darauf eingegangen, inwiefern das Grundwasser geschützt werden kann bzw. muss, um dieses nicht zu schädigen.

Im Zuge dessen sollen konkrete Lösungsvorschläge erarbeitet werden, welche es ermöglichen, die Temperatur des Grundwassers in einem annehmbaren Bereich zu halten. Hierzu soll auch auf die in der Geotechnik immer stärker verbreitete Technologie der thermischen Bauteilaktivierung eingegangen werden. All diese Untersuchungen werden sowohl durch Versuche im Labormaßstab als auch durch die Verwendung von numerischen Berechnungsmodellen realisiert.

Erwartete Ergebnisse

Durch die Erkenntnisse aus der Evaluierung unterschiedlicher Systemkombinationen soll die notwendige Planungsgrundlage für zukünftige Bauwerke des jeweiligen Typs erarbeitet werden. Ergänzend steht die Unterstützung der Erstellung zukünftiger Regelwerke im Fokus, wobei Bedarfsträger bereits im laufenden Projekt mit eingebunden werden, um diese zu sensibilisieren und den Prozess anzustoßen.

Projektbeteiligte

Projektleitung

Dr. Matthias Rebhan, Technische Universität Graz - Institut für Bodenmechanik, Grundbau und Numerische Geotechnik

Projekt- bzw. Kooperationspartner:innen

ACI Monitoring GmbH
AEE - Institut für Nachhaltige Technologien (kurz: AEE INTEC
AIT Austrian Institute of Technology GmbH
BAUER SPEZIALTIEFBAU Gesellschaft m.b.H.
Herrenknecht AG
Universität Graz - Institut für Erdwissenschaften

Kontaktadresse

Technische Universität Graz
Institut für Bodenmechanik, Grundbau und Numerische Geotechnik
Rechbauerstraße 12
A-8010 Graz
Tel.: +43 (316) 873 6738
E-Mail: soil@tugraz.at
Web: www.soil.tugraz.at