Installierte Leistung

60  Leistung während der zehnten Heizphase (Jahr 15) beträgt bei einer 2000 tägigen Primäraufladung  bereits ca. 20 ‐ 30%. Die Speicherleistung verschlechtert sich in diesem Szenario somit von Jahr zu  Jahr.  Der  positive  Effekt  der  längeren  Primäraufladung  geht  von  Jahr  zu  Jahr  zurück.  Die  installierten Leistungen des Aquiferspeichers während der Heizphasen bei einer 175 tägigen und  einer 2000 tägigen Primäraufladung nähern sich somit langfristig aneinander an. 

  175 d Speicheraufladung  2000 d Speicheraufladung 

10 l/s 20 l/s 40 l/s 

Abb.  35 Vergleich  der  installierten  geothermischen  Leistung  im  Reservoir  über  10  Speicherzyklen  (blau)  und  Heizzyklen  (rot).  Die  Dauer  der  primären  Speicherphase  betrug  175  Tage  (links)  bzw.  2000  Tage  (rechts).  Die  restlichen Speicher‐Heiz‐Zyklen sind jeweils 175 Tage lang. Berücksichtigt wurden Fördermengen von 10, 20, und 40  l/s, konstante Injektionstemperaturen von 80°C während der Speicherphase und konstante Injektionstemperaturen  von 30°C während der Heizphase. Zu beachten ist die variierende Skalierung der Y‐Achsen. 

5.2.2 Energetische Bilanzierung & Speichereffizienz 

Für  die  energetische  Bilanzierung  wurden  die  eingespeicherten  und  produzierten  Energien  für  jeden  Speicher‐Heiz‐Zyklus berechnet. Da die Leistung des Speichers aufgrund variabler Temperaturspreizungen  nicht  konstant  ist,  ergeben  sich  die  gespeicherten  und  produzierten  Energien  aus  dem  Intergral  der  Leistung  über  175  bzw.  2000  Tage.  In  Abb.  17  sind  die  kumulativ  eingespeicherten  und  produzierten  Energien nach 10 Speicher‐Heiz‐Zyklen dargestellt. Verglichen wird der Aquiferspeicherbetrieb mit einer  175 tägigen bzw. einer 2000 tägigen Primäraufladung und variierenden Fließraten von 10 l/s (Abb. 17A),  20 l/s (Abb. 17B) und 40 l/s (Abb. 17C). Generell nimmt die eingespeicherte und produzierte Energiemenge  in beiden Modellen mit größeren Fließraten zu. Unterschiede ergeben sich vorwiegend in den Magnituden  der eingespeicherten und produzierten Energien. 

A  B 

C    D 

Abb. 36 A‐C) Vergleich der über 10 Speicher‐ und Heizzyklen kumulativ eingespeicherten und produzierten Energien  in das bzw. aus dem Reservoir. Die Dauer der primären Speicherphase betrug 175 Tage (blau) bzw. 2000 Tage (rot). 

Die restlichen Speicher‐Heiz‐Zyklen sind jeweils 175 Tage lang. Berücksichtigt wurden Fördermengen von 10 (A), 20  (B)  und  40  l/s  (C),  konstante  Injektionstemperaturen  von  80°C  während  der  Speicherphase  und  konstante  Injektionstemperaturen von 30°C während der Heizphase. Die angegebene Effizienz entspricht der Gesamteffizienz  über  10  Zyklen.  D)  Vergleich  der  pro  Zyklus  produzierbaren  Wärme  in  Abhängigkeit  einer  unterschiedlich  langen  Primäraufladung des Speichers. 

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 Bei einer 175 tägigen Primäraufladung des Speichers findet die erste Wärmeproduktion im ersten  Jahr statt. Die Kurven für die eingespeicherte und produzierte Energiemenge über 10 Speicher‐

Heiz‐Zyklen  verlaufen  aufgrund  einer  relativ  konstanten  Gesamteffizienz  von  ca.  82%  nahezu  parallel.  Damit  ergeben  sich  energetische  Verluste  beim  Speicherbetrieb  von  unter  20%.  Die  kumulativ  eingespeicherte  Energiemenge  nach  10  Speicher‐Heiz‐Zyklen  schwankt  zwischen  ca. 

78,7 (10 l/s) und 315,5 GWh (40 l/s). Die kumulativ produzierte Energiemenge nach 10 Speicher‐

Heiz‐Zyklen  schwankt  zwischen  ca.  63,5  (10  l/s)  und  259,9  GWh  (40  l/s).  Durch  die  langsame  Aufheizung der heißen Seite des Speichers steigt die produzierte Energie von Jahr zu Jahr. Bei einer  Wärmeauskopplung von 50 K steigt der energetische Output über 10 Jahre im Mittel um ca. 20%. 

 Bei  einer  2000  tägigen  Primäraufladung  des  Speichers  findet  die  erste  Wärmeproduktion  im  sechsten Jahr statt. Die Kurven für die eingespeicherte und produzierte Energiemenge über 10  Speicher‐Heiz‐Zyklen  verlaufen  anfänglich  etwas  getrennt  voneinander.  Dies  ist  durch  das  Ungleichgewicht von eingespeicherter (2000 Tage) und produzierter Energie (175 Tage) im ersten  Zyklus  zu  erklären.  Die  kumulativ  eingespeicherte  Energiemenge  nach  10  Speicher‐Heiz‐Zyklen  schwankt  zwischen  ca.  148,2  (10  l/s)  und  594,5  GWh  (40  l/s).  Sie  ist  aufgrund  der  langen  Primäraufladung ca. doppelt so groß wie im ersten Fall. Die eingespeicherten Energien vom 2 – 10  Zyklus  sind  in  beiden  Modellen  identisch.  Die  kumulativ  produzierte  Energiemenge  nach  10  Speicher‐Heiz‐Zyklen schwanken zwischen ca. 74,9 (10 l/s) und 305,3 GWh (40 l/s). Sie sind somit  im Mittel ca. 18% größer als bei einer 175 tägigen Primäraufladung. Die größere Wärmeproduktion  ist allerdings nicht konstant, sondern nimmt von Jahr zu Jahr ab. Im ersten Zyklus kann bei einer  2000 tägig Primäraufladung noch ca. 43% mehr Wärme produziert werden; im 10 Zyklus sind es  nur noch ca. 8%. Bei einer Primäraufladung von 2000 Tagen wird nach 8 Speicher‐Heiz‐Zyklen etwa  genau so viel Energie produziert wie bei einer Primäraufladung von 175 Tagen nach 10 Zyklen; 

allerdings benötigt man dafür im ersten Fall eine Laufzeit von 13 Jahren und im zweiten Fall eine  Laufzeit  von  10  Jahren.  Die  Gesamteffizienz  nach  10  Speicher‐Heiz‐Zyklen  sinkt  aufgrund  der  langen Speicherphase im ersten Zyklus auf 51% ab. 

Durch die langsame Abkühlung der heißen Seite des Speichers verschlechtert sich bei einer 2000 tägigen  Primäraufladung von Jahr zu Jahr die Heizleistung des Speichers und damit die Wärmeproduktion. Durch  die  langsame  Aufheizung  der  heißen  Seite  des  Speichers  bei  einer  175  tägigen  Primäraufladung  des  Speichers  steigt  dahingehend  die  Heizleistung  und  damit  die  Wärmeproduktion  von  Jahr  zu  Jahr.  Der  positive  Effekt  der  längeren  Primäraufladung  geht  von  Jahr  zu  Jahr  zurück.  Die  produzierten  Energiemengen während der Heizphasen bei einer 175 tägigen und einer 2000 tägigen Primäraufladung  nähern sich somit langfristig aneinander an (Abb. 36C).  

Die Effizienz des Speichers kann durch den Rückgewinnungskoeffizienten (recovery factor) ausgedrückt  werden und berechnet sich als Quotient von produzierter zu eingespeicherter Energie. Die Effizienz der  einzelnen  Speicher‐Heiz‐Zyklen  sind  in  Abb.  37  für  die  verschiedene  Fließraten  und  die  beiden  unterschiedlichen Primäraufladungen dargestellt.  Aus Abb. 37 wird  ersichtlich,  dass die Leistungen des  Aquiferspeichers pro Zyklus bei einer 2000 tägigen Primäraufladung deutlich größer sind als bei einer 175  tägigen Primäraufladung.  

 Für  eine  175  tägigen  Primäraufladung  wurden  Speichereffizienzen  zwischen  75  und  86% 

berechnet.  Der  Abfall  der  Effizienz  im  zweiten  Zyklus  ergibt  sich  durch  den  Unterschied  in  der  Vorlauftemperatur während der Speicherphase. Sie liegt im ersten Jahr konstant bei 41,6°C. Im 

zweiten Jahr liegt sie anfänglich bei 30°C, der Injektionstemperatur während der ersten Heizphase. 

Dadurch  kann  mehr  Energie  im  zweiten  Zyklus  eingespeichert  werden,  wodurch  die  Effizienz  geringfügig abnimmt. 

 Bei einer 2000 tägigen Primäraufladung ist die Speichereffizienz im ersten Zyklus nur bei ca.10%,  da  2000  Tage  Einspeicherung  nur  175  Tage  Förderung  gegenüberstehen;  es  wurde  wesentlich  mehr Energie in den Speicher eingespeichert als entnommen wurde. Im zweiten Jahr steigt die  Effizienz auf ca. 103%, da der Temperatur‐ und Leistungsabfall während der Heizphase sehr klein  ist. Im zweiten Zyklus kann mehr Wärme gefördert werden als eingespeichert wurde. Langfristig  gehen Die Effizienzen langsam zurück, liegen aber im 10 Zyklus dennoch bei ca. 90%. 

Der  positive  Effekt  der  längeren  Primäraufladung  geht  von  Jahr  zu  Jahr  zurück.  Die  realisierbaren  Speichereffizienzen bei einer 175 tägigen und einer 2000 tägigen Primäraufladung nähern sich langfristig  aneinander an. Dieses thermische bzw. energetische Langzeitverhalten bei einer langen Primäraufladung  könnte  unter  Umständen  vorteilhaft  für  den  Kraftwerksbetrieb  sein.  Legt  man  die  Auslegung  des  Kraftwerks  z.B.  auf  eine  bestimmte  Nachfrage  an  Wärme  aus,  dann  entspräche  die  notwendige  Wärmeproduktion einer bestimmten Speichereffizienz die in jedem Zyklus mindestens erreicht werden  müsste.  Gemäß  Abb.  37  könnte  man  in  diesem  Szenario  eine  Effizienz  von  85%  festlegen,  welche  mindestens  erreicht  werden  sollte.  Bei  einer  2000  tägigen  Primäraufladung  könnte  man  sich  diesem  Schwellenwert  von  „oben“  und  nicht  von  „unten“  nähern.  Wenn  man  zusätzlich  die  Fließrate  in  den  Heizphasen im Vergleich zu der primären Speicherphase herabsetzen würde, könnte der positive Effekt  der einmaligen Speicherbeladung auch langfristig aufrechterhalten werden. 

Abb. 37 Vergleich der Speichereffizienz pro Speicher‐Heiz‐Zyklus über 10 Jahre bei einer unterschiedlichen Dauer der  primären Speicherphase von 175 Tagen bzw. 2000 Tagen. Die restlichen Speicher‐Heiz‐Zyklen sind jeweils 175 Tage  lang. Die Effizienz ergibt sich aus dem Verhältnis von produzierter zu eingespeicherter Energie im Reservoir (recovery 

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