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Untersuchung hochflexibler Betriebsfahrweisen von Salzkavernen und Obertageanlagen zur Wasserstoffspeicherung unter Nutzung von Sole-Pendelung, Teilprojekt: Modellierung Gesamtsystem

Im F&E Vorhaben 'H2CAST-Prove' werden neuartige Betriebsfahrweisen zur Untergrundspeicherung von grünem Wasserstoff in Salzkavernen erprobt und sicherheitstechnisch validiert. Zwei umgerüstete Kavernen und die für H2 ausgelegte Obertageanlage werden im industriellen Maßstab betrieben. Mit Hilfe eines innovativen Solependelbetriebs unter Nutzung bestehender Anlagen wird ein realitätsnaher Betrieb in einem geschlossenen Kreislauf ohne Verbrauch von H2 abgebildet. Speichervolumen, Druck- und Fließratenregime können angepasst werden, hochflexible und multizyklische Ein- und Ausspeicherraten sind möglich. Probeläufe und der Langzeitdemonstrationsbetrieb liefern Grundlagen für Bewertung und Optimierung der Betriebsfahrweisen, Gasreinigung, Kavernenintegrität, Prüf- und Instandhaltungsstrategien und Anlagensicherheit. Durch den Testbetrieb wird ein TRG von 7 erreicht. Ein Triaxialprüfstand für gebirgsmechanische Untersuchungen wird entwickelt. Die Kavernen dienen dem Test von Untertage-Ausrüstungen, Durchführbarkeit von UT-Arbeiten sowie dem Fachkräfte- und Wissensaufbau. Mittels eines Gesamtsystemmodelles erfolgt begleitend die simulative Bestimmung von Auslegungsgrößen und Betriebsparametern für den Versuchsbetrieb. Zusätzlich werden die Potentiale der Kavernenspeicher als sektorenkoppelnde Schnittstelle des Gas- und Stromnetzes evaluiert und Konzepte für CO2-Einsparpozenziale erarbeitet. Mit Projektabschluss soll ein entsprechend den sicherheitstechnischen und behördlichen Anforderungen bestimmungsgemäßer Speicher für die unbefristete Nutzung bereitstehen. Das Speichervolumen kann entsprechend des Bedarfs angepasst werden. H2CAST dient zum gezielten, nachhaltigen infrastrukturellen Markthochlauf für die Untergrundspeicherung von H2 als chemischer Energieträger in einem zukünftigen Energiesystem. Voraussetzungen für die Anbindung des Kavernenspeichers an eine H2-Pipeline Infrastruktur werden geschaffen. Begleitend stehen Fragen zur öffentlichen Akzeptanz im Fokus.

Untersuchung hochflexibler Betriebsfahrweisen von Salzkavernen und Obertageanlagen zur Wasserstoffspeicherung unter Nutzung von Sole-Pendelung

Im F&E Vorhaben 'H2CAST-Prove' werden neuartige Betriebsfahrweisen zur Untergrundspeicherung von grünem Wasserstoff in Salzkavernen erprobt und sicherheitstechnisch validiert. Zwei umgerüstete Kavernen und die für H2 ausgelegte Obertageanlage werden im industriellen Maßstab betrieben. Mit Hilfe eines innovativen Solependelbetriebs unter Nutzung bestehender Anlagen wird ein realitätsnaher Betrieb in einem geschlossenen Kreislauf ohne Verbrauch von H2 abgebildet. Speichervolumen, Druck- und Fließratenregime können angepasst werden, hochflexible und multizyklische Ein- und Ausspeicherraten sind möglich. Probeläufe und der Langzeitdemonstrationsbetrieb liefern Grundlagen für Bewertung und Optimierung der Betriebsfahrweisen, Gasreinigung, Kavernenintegrität, Prüf- und Instandhaltungsstrategien und Anlagensicherheit. Durch den Testbetrieb wird ein TRG von 7 erreicht. Ein Triaxialprüfstand für gebirgsmechanische Untersuchungen wird entwickelt. Die Kavernen dienen dem Test von Untertage-Ausrüstungen, Durchführbarkeit von UT-Arbeiten sowie dem Fachkräfte- und Wissensaufbau. Mittels eines Gesamtsystemmodelles erfolgt begleitend die simulative Bestimmung von Auslegungsgrößen und Betriebsparametern für den Versuchsbetrieb. Zusätzlich werden die Potentiale der Kavernenspeicher als sektorenkoppelnde Schnittstelle des Gas- und Stromnetzes evaluiert und Konzepte für CO2-Einsparpozenziale erarbeitet. Mit Projektabschluss soll ein entsprechend den sicherheitstechnischen und behördlichen Anforderungen bestimmungsgemäßer Speicher für die unbefristete Nutzung bereitstehen. Das Speichervolumen kann entsprechend des Bedarfs angepasst werden. H2CAST dient zum gezielten, nachhaltigen infrastrukturellen Markthochlauf für die Untergrundspeicherung von H2 als chemischer Energieträger in einem zukünftigen Energiesystem. Voraussetzungen für die Anbindung des Kavernenspeichers an eine H2-Pipeline Infrastruktur werden geschaffen. Begleitend stehen Fragen zur öffentlichen Akzeptanz im Fokus.

Analytik zur Gasaufbereitung und Methanolsynthese, C2C3-L-SI: Qualifizierung eines Wasserstoffspeichers im Rahmen der Energiewende

Untersuchung hochflexibler Betriebsfahrweisen von Salzkavernen und Obertageanlagen zur Wasserstoffspeicherung unter Nutzung von Sole-Pendelung, Teilprojekt: Erprobung der multizyklischen Speicherung

Im F&E Vorhaben 'H2CAST-Prove' werden neuartige Betriebsfahrweisen zur Untergrundspeicherung von grünem Wasserstoff in Salzkavernen erprobt und sicherheitstechnisch validiert. Zwei umgerüstete Kavernen und die für H2 ausgelegte Obertageanlage werden im industriellen Maßstab betrieben. Mit Hilfe eines innovativen Solependelbetriebs unter Nutzung bestehender Anlagen wird ein realitätsnaher Betrieb in einem geschlossenen Kreislauf ohne Verbrauch von H2 abgebildet. Speichervolumen, Druck- und Fließratenregime können angepasst werden, hochflexible und multizyklische Ein- und Ausspeicherraten sind möglich. Probeläufe und der Langzeitdemonstrationsbetrieb liefern Grundlagen für Bewertung und Optimierung der Betriebsfahrweisen, Gasreinigung, Kavernenintegrität, Prüf- und Instandhaltungsstrategien und Anlagensicherheit. Durch den Testbetrieb wird ein TRG von 7 erreicht. Ein Triaxialprüfstand für gebirgsmechanische Untersuchungen wird entwickelt. Die Kavernen dienen dem Test von Untertage-Ausrüstungen, Durchführbarkeit von UT-Arbeiten sowie dem Fachkräfte- und Wissensaufbau. Mittels eines Gesamtsystemmodelles erfolgt begleitend die simulative Bestimmung von Auslegungsgrößen und Betriebsparametern für den Versuchsbetrieb. Zusätzlich werden die Potentiale der Kavernenspeicher als sektorenkoppelnde Schnittstelle des Gas- und Stromnetzes evaluiert und Konzepte für CO2-Einsparpozenziale erarbeitet. Mit Projektabschluss soll ein entsprechend den sicherheitstechnischen und behördlichen Anforderungen bestimmungsgemäßer Speicher für die unbefristete Nutzung bereitstehen. Das Speichervolumen kann entsprechend des Bedarfs angepasst werden. H2CAST dient zum gezielten, nachhaltigen infrastrukturellen Markthochlauf für die Untergrundspeicherung von H2 als chemischer Energieträger in einem zukünftigen Energiesystem. Voraussetzungen für die Anbindung des Kavernenspeichers an eine H2-Pipeline Infrastruktur werden geschaffen. Begleitend stehen Fragen zur öffentlichen Akzeptanz im Fokus.

Untersuchung hochflexibler Betriebsfahrweisen von Salzkavernen und Obertageanlagen zur Wasserstoffspeicherung unter Nutzung von Sole-Pendelung, Teilprojekt: Kavernenintegrität und Herstellung eines zulassungskonformen Betriebes

Im F&E Vorhaben 'H2CAST-Prove' werden neuartige Betriebsfahrweisen zur Untergrundspeicherung von grünem Wasserstoff in Salzkavernen erprobt und sicherheitstechnisch validiert. Zwei umgerüstete Kavernen und die für H2 ausgelegte Obertageanlage werden im industriellen Maßstab betrieben. Mit Hilfe eines innovativen Solependelbetriebs unter Nutzung bestehender Anlagen wird ein realitätsnaher Betrieb in einem geschlossenen Kreislauf ohne Verbrauch von H2 abgebildet. Speichervolumen, Druck- und Fließratenregime können angepasst werden, hochflexible und multizyklische Ein- und Ausspeicherraten sind möglich. Probeläufe und der Langzeitdemonstrationsbetrieb liefern Grundlagen für Bewertung und Optimierung der Betriebsfahrweisen, Gasreinigung, Kavernenintegrität, Prüf- und Instandhaltungsstrategien und Anlagensicherheit. Durch den Testbetrieb wird ein TRL von 7 erreicht. Ein Triaxialprüfstand für gebirgsmechanische Untersuchungen wird entwickelt. Die Kavernen dienen dem Test von Untertage-Ausrüstungen, Durchführbarkeit von UT-Arbeiten sowie dem Fachkräfte- und Wissensaufbau. Mittels eines Gesamtsystemmodelles erfolgt begleitend die simulative Bestimmung von Auslegungsgrößen und Betriebsparametern für den Versuchsbetrieb. Zusätzlich werden die Potentiale der Kavernenspeicher als sektorenkoppelnde Schnittstelle des Gas- und Stromnetzes evaluiert und Konzepte für CO2-Einsparpotenziale erarbeitet. Mit Projektabschluss soll ein entsprechend den sicherheitstechnischen und behördlichen Anforderungen bestimmungsgemäßer Speicher für die unbefristete Nutzung bereitstehen. Das Speichervolumen kann entsprechend des Bedarfs angepasst werden. H2CAST dient zum gezielten, nachhaltigen infrastrukturellen Markthochlauf für die Untergrundspeicherung von H2 als chemischer Energieträger in einem zukünftigen Energiesystem. Voraussetzungen für die Anbindung des Kavernenspeichers an eine H2-Pipeline Infrastruktur werden geschaffen. Begleitend stehen Fragen zur öffentlichen Akzeptanz im Fokus.

INSPIRE: Information system salt structures: planning basis, selection criteria and estimation of the potential for the construction of salt caverns for the storage of renewable energies (hydrogen and compressed air) (InSpEE)

InSpEE (INSPIRE) provides information about the areal distribution of salt structures (salt domes and salt pillows) in Northern Germany. Contours of the salt structures can be displayed at horizontal cross-sections at four different depths up to a maximum depth of 2000 m below NN. The geodata have resulted from a BMWi-funded research project “InSpEE” running from the year 2012 to 2015. The acronym stands for "Information system salt structures: planning basis, selection criteria and estimation of the potential for the construction of salt caverns for the storage of renewable energies (hydrogen and compressed air)”. Additionally four horizontal cross-section maps display the stratigraphical situation at a given depth. In concurrence of maps at different depths areal bedding conditions can be determined, e.g. to generally assess and interpret the spread of different stratigraphic units. Clearly visible are extent and shape of the salt structures within their regional context at the different depths, with extent and boundary of the salt structures having been the main focus of the project. Four horizontal cross-section maps covering the whole onshore area of Northern Germany have been developed at a scale of 1:500.000. The maps cover the depths of -500, -1000, -1500, -2000 m below NN. The four depths are based on typical depth requirements of existing salt caverns in Northern Germany, mainly related to hydrocarbon storage. The shapes of the structures show rudimentary information of their geometry and their change with depths. In addition they form the starting point for rock mechanical calculations necessary for the planning and construction of salt caverns for storage as well as for assessing storage potentials. The maps can be used as a pre-selection tool for subsurface uses. It can also be used to assess coverage and extension of salt structures. Offshore areas were not treated within the project. All horizontal cross-section maps were adjusted with the respective state geological survey organisations. According to the Data Specification on Geology (D2.8.II.4_v3.0) the content of InSpEE (INSPIRE) is stored in 15 INSPIRE-compliant GML files: InSpEE_GeologicUnit_Salt_structure_types.gml contains the salt structure types (salt domes and salt pillows), InSpEE_GeologicUnit_Salt_pillow_remnants.gml comprises the salt pillow remnants, InSpEE_GeologicUnit_Structure_building_salinar.gml represents the structural salinar(s), the four files InSpEE_Structural_outlines_500.gml, InSpEE_Structural_outlines_1000.gml, InSpEE_Structural_outlines_1500.gml and InSpEE_Structural_outlines_2000.gml represent the structural outlines in the corresponding horizontal cross-sections, the four files InSpEE_GeologicUnit_Cross_Section_500, InSpEE_GeologicUnit_Cross_Section_1000, InSpEE_GeologicUnit_Cross_Section_1500 and InSpEE_GeologicUnit_Cross_Section_2000 display the stratigraphical situation in the corresponding horizontal cross-sections and the four files InSpEE_GeologicStructure_500.gml, InSpEE_GeologicStructure_1000.gml, InSpEE_GeologicStructure_1500.gml and InSpEE_GeologicStructure_2000.gml comprise the relevant fault traces in the corresponding horizontal cross-sections. The GML files together with a Readme.txt file are provided in ZIP format (InSpEE-INSPIRE.zip). The Readme.text file (German/English) contains detailed information on the GML files content. Data transformation was proceeded by using the INSPIRE Solution Pack for FME according to the INSPIRE requirements.

Untersuchung hochflexibler Betriebsfahrweisen von Salzkavernen und Obertageanlagen zur Wasserstoffspeicherung unter Nutzung von Sole-Pendelung, Teilprojekt: Laborative und numerische Untersuchungen zur Standsicherheit und Dichtigkeit von H2-Kavernen

Im Verbundforschungsvorhaben werden neuartige Betriebsfahrweisen zur Untergrundspeicherung mit Wasserstoff erprobt und validiert, um Erfahrungen und Ansätze für einen gezielten und nachhaltigen infrastrukturellen Markthochlauf zu liefern und Wasserstoff als chemischen Energieträger im zukünftigen Energiesystem zu etablieren. Dabei werden Forschungs- und Entwicklungsfragen zur Umstellung bestehender Öl- und Gaskavernen für die Speicherung von Wasserstoff beantwortet. Im Teilprojekt 'Geomechanik' erfolgen in einem ersten Schwerpunkt laborative Untersuchungen zum Beleg der Dichtheit des Steinsalzgebirges und des Verbundsystems aus Bohrlochzement und Steinsalzgebirge gegenüber Wasserstoff unter den in situ relevanten Beanspruchungsbedingungen bei multizyklischer Betriebsfahrweise. Hierzu gehören die Konstruktion, der Bau und die Inbetriebnahme einer für thermisch-hydraulisch-mechanisch (THM) gekoppelte Versuche mit Wasserstoff geeigneten Triaxialprüfanlage und die Durchführung, Analyse und Auswertung von Versuchen mit dem Ziel aufzuzeigen, unter welchen THM-Bedingungen das Steinsalzgebirge und das Verbundsystem aus Bohrlochzement und Steinsalz dicht ist gegenüber Wasserstoff. In einem zweiten Bearbeitungsschwerpunkt erfolgen im Teilprojekt Geomechanik numerische Berechnungen zur Analyse des Tragverhaltens und der Dichtigkeit der Kavernen. Ein Ziel hierbei ist es zu validieren, dass bei Berücksichtigung der standortspezifischen Kavernenkonfiguration (Geometrie, Geologie, Gebirgseigenschaften, Betriebsfahrweise) die durch das Monitoring bereitgestellten Messwerte zum Kavernentragverhalten durch eine numerische Backanalyse abgebildet werden können. Darauf aufbauend sind dann prädiktive Sensitivitätsanalysen zum Trag- und Dichtigkeitsverhalten von Wasserstoffspeicherkavernen unter zukünftig geplanten Betriebsfahrweisen derart durchzuführen, dass die Bandbreite möglicher Betriebsfahrweisen von Wasserstoffspeicherkavernen quantifiziert werden kann.

Untersuchung hochflexibler Betriebsfahrweisen von Salzkavernen und Obertageanlagen zur Wasserstoffspeicherung unter Nutzung von Sole-Pendelung, Teilprojekt: Erprobung des Betriebs einer Wasserstoff-Obertageanlage

Potentialgebiete zur Speicherung von Druckluft in Schleswig-Holstein

Die Karte zeigt Potentialgebiete zur Anlage von Druckluftspeichern in Salzskavernen im Schleswig-Holsteinischen Festlandsbereich und die Lage der Salzstrukturen im Untergrund. Zur Abgrenzung von untersuchungswürdigen Horizonten zur Druckluftspeicherung in Salzkavernen diente im Wesentlichen die Tiefenlage des Salzstockdaches (Top der Zechstein- und Rotliegend-Ablagerungen) bis 800 m unter NHN als maximal für die Aussolung von Kavernen vertretbare Tiefe (derzeitiger Kenntnisstand).

Flach lagernde Salze in Deutschland

Welche Salzformationen eignen sich zur Speicherung von Wasserstoff oder Druckluft? Im Forschungsprojekt InSpEE-DS entwickelten Wissenschaftler Anforderungen und Kriterien mit denen sich mögliche Standorte auch dann bewerten lassen, wenn sich deren Erkundung noch in einem frühen Stadium befindet und die Kenntnisse zum Aufbau der Salinare gering sind. Wissenschaftler der DEEP.KBB GmbH, Hannover erarbeiten gemeinsam mit ihren Projektpartnern der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe und der Leibniz Universität Hannover, Institut für Geotechnik Hannover, Planungsgrundlagen zur Standortauswahl und zur Errichtung von Speicherkavernen in flach lagernden Salzen und Mehrfach- bzw. Doppelsalinaren. Solche Kavernen könnten erneuerbare Energie in Form von Wasserstoff oder Druckluft speichern. Während sich das Vorgängerprojekt InSpEE auf Salzformationen großer Mächtigkeit in Norddeutschland beschränkte, wurden jetzt unterschiedlich alte Salinar-Horizonte in ganz Deutschland untersucht. Zur Potenzialabschätzung wurden Tiefenlinienkarten des Top und der Basis sowie Mächtigkeitskarten der jeweils betrachteten stratigraphischen Einheit und Referenzprofile erarbeitet. Informationen zum Druckluft- und Wasserstoff-Speicherpotential in den einzelnen Bundesländern sind an die identifizierten Flächen mit nutzbarem Potential gekoppelt. Die Daten können über den Webdienst „Informationssystem flach lagernde Salze“ genutzt werden. Der Darstellungsmaßstab hat eine untere Grenze von 1 : 300 000. Die Geodaten sind Produkte eines BMWi-geförderten Forschungsprojektes „InSpEE-DS“ (Laufzeit 2015-2019). Das Akronym steht für „Informationssystem Salz: Planungsgrundlagen, Auswahlkriterien und Potenzialabschätzung für die Errichtung von Salzkavernen zur Speicherung von Erneuerbaren Energien (Wasserstoff und Druckluft) – Doppelsalinare und flach lagernde Salzschichten“.

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