Kav­er­nen-Unter­grundgasspe­ich­er kön­nen durch die Umstel­lung von Erdgas auf Wasser­stoff einen wichti­gen Beitrag zur Energiewende leis­ten. Bei der Umstel­lung ein­er Erdgaskav­erne spielt die Unter­suchung der Gasver­mis­chung in der Kav­erne zur Ein­hal­tung der Gasqual­ität eine wichtige Rolle.

Inner­halb dieses The­men­feldes wur­den die fehlen­den Trans­port- und ther­mo­dy­namis­chen Eigen­schaften von Wasser­stoff bzw. Wasser­stoff-Erdgas-Gemis­chen unter ver­schiede­nen Betrieb­s­be­din­gun­gen bei der Wasser­stoff­spe­icherung in Kav­er­nen ermit­telt. Bei der Wasser­stoff­spe­icherung gibt es spezielle für Unter­grund­spe­ich­er (UGS) rel­e­vante Eigen­schaften, die sich wesentlich von Erdgas unter­schei­den und bish­er noch nicht auf die typ­is­chen Tem­per­atur und Druckbe­din­gun­gen bei der Kav­er­nen­spe­icherung unter­sucht wurden.

Ziel des Themenfeldes

Das Ziel war es, diese fehlen­den Eigen­schaften mit Hil­fe von Laborun­ter­suchun­gen zu bes­tim­men, um sie anschließend in ther­mo­dy­namis­che Berech­nun­gen zu imple­men­tieren. Zu diesen beson­deren Eigen­schaften gehören die Auf­nahme und Abgabe von Wasser­stoff in die in den Kav­er­nen vorhan­dene Sole (Kav­er­nen­sumpf), die Auf­nahme von Wass­er und Spuren­stof­fen in das zu spe­ich­ernde Gasvol­u­men sowie die Eigen­schaften zur Ver­mis­chung der Gase ins­beson­dere beim Ein­spei­sevor­gang bzw. bei Gaswech­seln. Darüber hin­aus sind diese Eigen­schaften wesentlich für die Ausle­gung von Reini­gungsver­fahren bei der Ausspe­icherung der Gase. Diese Eigen­schaften bilden die Grund­lage für die Entwick­lung von Mod­ellen, die bei stan­dort­spez­i­fis­chen Spe­icher­vorgän­gen (Ein­speisung, Ausspeisung, Gasarten­wech­sel etc.) angewen­det wer­den kön­nen. Die Genauigkeit solch­er ther­mo­dy­namis­ch­er Mod­elle ist dabei nicht nur abhängig von den Ein­gangs- und Kalib­ri­er­dat­en, son­dern speziell auch von deren Qualität.

Die ther­mo­dy­namis­che Sim­u­la­tion bietet dabei die Möglichkeit die Trans­port­prozesse eines Kav­er­nen­spe­ich­ers im Voraus sowie bei ein­er großtech­nis­chen Nutzung zu beschreiben und zu bew­erten. Damit kön­nen die tech­nis­che und geol­o­gis­che Konzep­tion­ierung und Dimen­sion­ierung der Untertage- und Obertagean­la­gen eines Kav­er­nen­spe­ich­ers sowie deren Betrieb­s­führung abgeleit­et wer­den und auf spezielle Stan­dorte angewen­det wer­den. Damit kann eine genauere wirtschaftliche, technisch/​technologische und sicher­heit­stech­nis­che Eig­nungs­analyse für die Umrüs­tung beste­hen­der bzw. die Ausle­gung von neuen Kav­er­nen­spe­ich­ern erfolgen.

Wesentliche Ergebnisse (Auswahl)

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Die Sim­u­la­tion unter­schiedlich­er ther­mo­dy­namis­ch­er Zustände und Szenar­ien für die Umstel­lung von Erdgaskav­er­nen beant­wortet die Frage, ob und wie Wasser­stoff aus­ge­spe­ichert und das Erdgas als Kis­sen­gas in der Kav­erne belassen wer­den kann. Durch eine Mit­förderung eines Teils des Kis­sen­gas­es bzw. durch Rück­stände des Blan­ketmedi­ums kommt es zu Verun­reini­gung des Wasser­stoffs. Sind hohe Rein­heit­san­forderun­gen gegeben bzw. soll die volle Spe­icherka­paz­ität der Kav­erne genutzt wer­den, sollte auf ein Kis­sen­gas abwe­ichend von Wasser­stoff verzichtet wer­den bzw. sind zusät­zliche Reini­gungs­maß­nah­men für das geförderte Gas erforderlich.

Bei der Umstel­lung ein­er Kav­erne von Erdgas auf Wasser­stoff sollte die Kav­erne mit vollgesät­tigter Sole geflutet wer­den, um das Erdgas voll­ständig fördern zu kön­nen. Anschließend kann Wasser­stoff in die mit Sole gefüllte Kav­erne injiziert wer­den. Diese Vari­ante bringt den Vorteil, dass eine reine Wasser­stof­fkav­erne zur Ver­fü­gung ste­ht und gerin­gere Anforderun­gen an die Gasauf­bere­itung gestellt wer­den müssen.

Als alter­na­tive Umstel­lungsvari­ante kön­nte der Druck möglichst weit, bis zum min­i­malen Kav­er­nen­druck oder opti­maler Weise kurzzeit­ig unter den min­i­malen Kav­er­nen­druck abge­senkt wer­den. Dies lässt sich nur mit einem geo­mech­anis­chen Gutacht­en und in Abstim­mung mit der Berg­be­hörde real­isieren. So kann erre­icht wer­den, dass sich ein möglichst hoher Anteil an Wasser­stoff in der Kav­erne befindet.

Projektbeteiligte

DBI Gas- und Umwelt­tech­nik GmbH

Karl-Heine-Straße 109/​111

04229 Leipzig

Ansprech­part­ner­in:

Hagen Bül­te­meier

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