Hydrochemical simulation of a high-temperature aquifer thermal energy storage (ATES) system

Ziel dieser Studie war es, die gekoppelten thermisch-geochemischen Wechselwirkungen von Mineralien unter Bedingungen der thermischen Energiespeicherung in Grundwasserleitern (ATES) repräsentativ repräsentativ für die Badenischen und Sarmatischen Horizonte im Wiener Becken, zu untersuchen. Es wurden geochemische Simulationen mit der Software Terranta durchgeführt, um die formationsspezifischen hydrochemischen Bedingungen und mineralogischen Zusammensetzungen nachzubilden. Es wurde ein schematisches zweidi-mensionales Modell entwickelt, um einen vollständigen ATES-Betriebszyklus darzustellen, einschlieFigurelich abwechselnder Winter- (Entnahme) und Sommerphasen (Speicherung). Die Simulationen untersuchten das Verhalten von Silikat- und Karbonatmineralen unter ver-schiedenen Reaktionsbedingungen, wobei Silikatphasen unter Verwendung kinetischer Ge-schwindigkeitsgesetze und Karbonatphasen unter thermodynamischen Gleichgewichtsbedin-gungen modelliert wurden. Die Ergebnisse zeigen einen ausgeprägten Kontrast zwischen den beiden Mineralgruppen. Silikatmineralien zeigen über den untersuchten saisonalen Zeithori-zont eine begrenzte Reaktivität und haben daher nur einen geringen Einfluss auf die kurzfris-tige Systementwicklung. Im Gegensatz dazu dominieren Karbonatmineralien die geochemi-sche Reaktion und steuern die kurzfristigen Mineral-Flüssigkeits-Wechselwirkungen. Die bedeutendsten geochemischen Reaktionen, vor allem die Mineralauflösung, finden in der heiFigureen Reservoirzone rund um die Injektionsbohrung statt. In den Oberflächen An-lagen ist eine zusätzliche Karbonatausfällung in den Wärmetauscher zu beobachten, während der kalte Reservoirbereich um die Förderbohrung die geringste Gesamtreaktivität aufweist und nur eine geringfügige Karbonatausfällung zeigt. Diese räumlich variablen Reaktionen werden durch Temperaturänderungen und advektiven Stofftransport bestimmt und können sich über einen einzelnen Betriebszyklus hinweg teilweise gegenseitig ausgleichen. Diese Studie unterstreicht die Bedeutung einer sorgfältigen Definition geochemischer Rand-bedingungen und konzeptioneller Modelle, da Mineralreaktionen in ATES-Systemen nicht generisch sind und je nach Ausgangsbedingungen gegensätzliches Verhalten zeigen können. Der vorgestellte Modellierungsansatz bietet einen realistischen Rahmen für die Bewertung der Mineralreaktivität unter zyklischer thermischer Belastung und unterstützt standortspezi-fische Machbarkeitsbewertungen von HT-ATES-Systemen.