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)
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