Für die herkömmliche untertägige Gasspeicherung existieren anerkannte Normen, Regelungen und Auslegungsvorschriften für zu verwendende Werkstoffe und Bauteile. Ausrüstungskomponenten sind bekannt und über Jahrzehnte erprobt. Für reinen Wasserstoff gibt es aktuell in Deutschland keine Untergrundgasspeicher. In den USA und Großbritannien werden einige wenige H2-Kavernen betrieben, zu denen aber keine Betriebserfahrungen für Werkstoffe für Untertageausrüstungen und Rohre vorliegen.
Die Anforderungen an die Speicherbohrung(en) ergeben sich aus den jeweiligen Geschäftszielen sowie dem Schutzziel der Vorsorge gegen Gefahren für Personen, Natur und Sachgüter. Seit 2014 erarbeitet der BVEG unter Berücksichtigung nationaler und internationaler Vorschriften, geltenden gesetzlichen und behördlichen Regelungen sowie bewährten industriellen Praktiken und Erfahrungswerten ein einheitliches Regelwerk zur Integrität von Bohrungen. Unter dem Ansatz von Mehrbarrieren-Systemen definiert die Technische Regel eine Bohrung als integer, wenn die in ihr enthaltenen Fluide bei jeder möglichen Kombination von Druck und Temperatur, der sie innerhalb der vorgesehenen Betriebsbedingungen ausgesetzt werden können, sicher beherrscht werden.
Auf dieser Grundlage wurde der neu definierte Bohrungsstandard für die Hauptkomponenten der gesamteinheitlichen Verfahrenskette gezielt für die untertägige Wasserstoffspeicherung entwickelt bzw. aus vergleichbaren Prozessen angepasst.
Ziel des Themenfeldes
Für Gasspeicherkavernen müssen vor Aufnahme des Speicherbetriebes möglich Szenarien eines unkontrollierten Gasaustrittes untersucht werden mit dem Ziel, die Dichtheit unter allen möglichen Betriebszuständen nachzuweisen.
Die Dichtheit von Gesteinen und Zement wird dabei über die strömungsmechanische Eigenschaft Permeabilität bewertet. Entscheidend für die Bewertung der Dichtheit der Sonde ist die vertikale Leitfähigkeit des Verbundes von Gestein-Zement-Casing. Zu diesem Zweck wurde der Verbund im Technikumsmaßstab nachgebildet werden. Die Bestimmung der vertikalen Leitfähigkeit (Permeabilität) des Verbundes bei Einsatz von Wasserstoff war eine neuartige Aufgabenstellung, die sowohl wissenschaftlich (instationäres Mehrkammerverfahren) als auch technisch zu entwickeln war.
Wesentliche Ergebnisse (Auswahl)
Vor jedem Gasinjektionsprojekt, unabhängig von der Art des Gases oder den geologischen Gegebenheiten, ist eine eingehende Risikobewertung jeder einzelnen Komponente als Barriere im Bohrloch erforderlich. Chemische und physikalische Wechselwirkung während der Gasinjektion können Formationsschäden auslösen und letztlich die Integrität des Bohrlochs gefährden. Anders als bei der Wechselwirkung des Wasserstoffs mit einigen metallischen Werkstoffen ist das Migrationsverhalten des Wasserstoffs in geologischen Formationen und Zementationen trotz seines hohen Mobilitätspotenzials mit anderen Gasen, z. B. Stickstoff oder Methan vergleichbar.
Wie bei der Speicherung von Erdgas im geologischen Untergrund gilt eine besondere Aufmerksamkeit dem Verbund Zement/Gebirge/Casing. Die für die Überwachung der Erdgasspeicherung geltenden Festlegungen, wie Wartungsprogramme, Monitoring und Überwachungsanforderungen, sind grundsätzlich auf die Wasserstoffspeicherung übertragbar.
Projektbeteiligte
TU Bergakademie Freiberg
Institut für Bohrtechnik und Fluidbergbau
Agricolastraße 22
09599 Freiberg
Untergrundspeicher- und Geotechnologie-
Systeme GmbH
Berliner Chaussee 2
15749 Mittenwalde
Ansprechpartnerin:
Claudia Abdel Haq