Solar Heat Geo Battery

Die rasche Entwicklung erneuerbarer Energiequellen wie Solar- und Windenergie führt, aufgrund des Ungleichgewichts zwischen Energieangebot und Nachfrage, zu wachsenden Herausforderungen. Beispielsweise erzeugen Photovoltaikanlagen in Zeiten hoher Sonneneinstrahlung, insbesondere im Sommer, häufig überschüssige Energie, während in Zeiten, in denen nicht genügend Energie erzeugt werden kann, ein erhöhter Bedarf besteht. Dies führt zu einem Bedarf an robusten thermischen Energiespeichern, die überschüssige Energie speichern und bei erhöhter Nachfrage abgeben können. Derzeit werden verschiedene Arten von unterirdischen thermischen Energiespeichersystemen eingesetzt. Zu den wichtigsten Technologien gehören die thermische Energiespeicherung in Aquiferen, die thermische Energiespeicherung in Bohrlöchern und die thermische Energiespeicherung in Minen. Eine wesentliche Lücke besteht noch bei der Entwicklung eines kontrollierten, geschlossenen Kreislaufs für die thermische Energiespeicherung in Aquiferen, der Wärme ohne Injektion von Flüssigkeiten speichern kann, wobei ein geothermisches Reservoir durch Aufheizen mit erneuerbarer Energie künstlich geschaffen wird. Um diese Lücke zu schließen, wurde in dieser Studie ein künstlich erwärmtes geothermisches Reservoir durch den Einbau eines solarbetriebenen Widerstandsheizstabes untersucht. Bei diesem Ansatz wurde die Wärme vor Ort im Aquifer gespeichert, was eine stabile und lokale Speicherung ermöglicht. Unter Verwendung von OpenGeoSys wurde ein numerisches Modell entwickelt, um die Wärmeübertragung in einer 2D-Umgebung im Untergrund zu simulieren, wobei sowohl konduktive als auch konvektive Mechanismen berücksichtigt werden. Die wichtigsten Parameter wurden einer Sensitivitätsanalyse unterzogen, darunter Permeabilität, Porosität, Fließgeschwindigkeit des Grundwassers, thermische Dispersivität sowie spezifische Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit des Sandsteins, um ihren Einfluss auf die Wärmeausbreitung und Speichereffizienz zu bewerten. Diese Modellierung gibt Aufschluss über die Machbarkeit der Wärmespeicherung in Aquiferen in einem geschlossenen Kreislauf und bildet die Grundlage für die Entwicklung von thermischen Energiespeichersystemen, die die gespeicherte Wärmeenergie insbesondere für saisonale Speicheranwendungen effizient zurückgewinnen können.