Die H2-Kav­erne mit den dazuge­höri­gen ober- und untertägi­gen Anla­gen stellt die Grund­lage für die Wertschöp­fung im Rah­men der H2-Spe­icherung dar. Das zu entwick­el­nde Design der unter– und obertägi­gen Spe­icher­an­la­gen und die Sicher­heit­sein­rich­tun­gen wur­den auf die wirtschaftlichen und sicher­heit­stech­nis­chen Belange der H2-Spe­icherung abgestellt. Entsprechend leit­en sich wirtschaftliche Effek­te aus der Iden­ti­fika­tion real­is­tis­ch­er Mark­t­mod­elle und der ein­deuti­gen Def­i­n­i­tion der obertägi­gen Anla­genkon­fig­u­ra­tion sowie der Bes­tim­mung der dazuge­höri­gen Para­me­ter ab. Ein Kosten­min­imierungspoten­zial beste­ht vor allem auch in der Ermit­tlung real­is­tis­ch­er Betrieb­sszenar­ien zum zeitlichen sowie vol­umetrischen H2 Men­gengerüst aus der sich rel­e­vante Betrieb­sregime ableiten.

Die Entwick­lung von Design­spez­i­fika­tion der wesentlichen obertägi­gen Haup­tkom­po­nen­ten erfol­gten auf der Basis von Mod­el­lierun­gen zum gesamten Betrieb­sprozess der Obertagean­lage. Die einzel­nen Kom­po­nen­ten wur­den so hin­sichtlich ihres Zusam­men­spiels bew­ertet und bei Bedarf im Rah­men der Mach­barkeit mod­i­fiziert. Diese numerischen Mod­el­lierun­gen führen zu Kosten­erspar­nissen ins­beson­dere durch Reduzierung der Anzahl aufwändi­ger Feld­ex­per­i­mente und kön­nen in 3D-Visu­al­isierun­gen aus­gew­ertet werden.

Die Ergeb­nisse kön­nen in die Opti­mierung des Spe­icher­be­triebes ein­be­zo­gen wer­den und damit einen Beitrag zur gesamtheitlichen Beurteilung der Rah­menbe­din­gun­gen für eine nach­haltige Unter­grund­spe­icherung von H2 leisten.

Die Iden­ti­fika­tion der prozess­be­zo­gen Risiken des Spe­icher­be­triebes für einen Wasser­stoff­spe­ich­er konzen­tri­erten sich auf Sicher­heits­be­tra­ch­tun­gen zum obertägi­gen Anla­genbe­stand für Nor­mal­be­trieb und Den­noch-Stör­fälle. Die sich daraus ablei­t­en­den Sicher­heit­san­forderun­gen wur­den beschrieben und durch entsprechende Maß­nah­men umge­set­zt. Die erziel­ten Ergeb­nisse wur­den in die Entwick­lung eines beispiel­haften Genehmi­gung­sprozess­es integriert.

Wesentliche Ergebnisse (Auswahl)

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Aus den Ergeb­nis­sen der Lit­er­at­u­r­analyse und der Stake­hold­er-Befra­gung lässt sich ein kon­tinuier­lich­er Hochlauf des H2-Mark­tvol­u­men able­sen. Bis spätestens 2050 wird ein H2-Spe­icherbe­darf erwartet, der mit den heuti­gen Erdgasspe­ich­ern ver­gle­ich­bar ist – wenn es auch erhe­bliche Unsicher­heit­en zum zeitlichen Ver­lauf der Entwick­lung gibt. Es erscheint plau­si­bel, dass in den ersten Wasser­stoff-Ver­brauch­szen­tren bere­its in den näch­sten Jahren der Bedarf für H2-Spe­ich­er beste­hen wird.

Es kann davon aus­ge­gan­gen wer­den, dass kleinere Kav­er­nen in eher kürz­eren Zyklen betrieben wer­den kön­nen (z. B. Wochen­zyklen), während bei größeren Kav­er­nen eher mit jährlichen oder hal­b­jährlichen Zyklen zu rech­nen ist, welche durch kurzfristige Fluk­tu­a­tio­nen über­lagert wer­den. Dieser Über­lagerungsan­teil wird voraus­sichtlich stärk­er aus­geprägt sein, als dies bei den aktuellen Erdgasspe­ich­ern der Fall ist.

Je nach der Aus­gangsi­t­u­a­tion ein­er Bohrung sind geeignete Kom­plet­tierungskonzepte unter Ein­hal­tung des Zwei-Bar­rien-Konzepts zu entwick­eln. Für Bestands­bohrun­gen ist im Vor­feld zu prüfen, ob die Anforderun­gen nach BVEG-Leit­faden „Bohrungsin­tegrität“ einge­hal­ten wer­den bzw. durch entsprechende Rekom­plet­tierung erre­icht wer­den kön­nen. Die Eig­nung der einge­set­zten Rohrw­erk­stoffe für die geplante H2-Anwen­dung ist vor Ein­satz zu erbrin­gen. Unter Berück­sich­ti­gung des ther­mo­dy­namis­chen Ver­hal­tens von Wasser­stoff ist die axi­ale Span­nungssi­t­u­a­tion von Förder­rohr­touren zu min­imieren. Auf Grund der derzeit gerin­gen Erfahrun­gen zum Werk­stof­fein­satz bei der untertägi­gen H2-Spe­icherung sollte die Span­nungsaus­las­tung der ver­wen­de­ten Werk­stoffe auf 30 % der Min­dest­streck­gren­ze bzw. 20 % der Min­destzugfes­tigkeit begren­zt wer­den, wobei der kleinere der bei­den Werte maßge­blich ist. Die Sicher­heits­bei­w­erte gemäß BVEG-Leit­faden „Fut­ter­rohrberech­nung“ sind ggf. Anzu­passen. Hin­sichtlich einzuset­zen­der Untertageaus­rüs­tun­gen sind für Wasser­stoff geeignete Mate­ri­alien zu ver­wen­den. Soll­ten diese auf dem Markt nicht ver­füg­bar sein, sollte u. U. eine Ausle­gung nach Sauer­gas­stan­dard erfol­gen. Die Fes­tle­gung dazu ist auf Basis der Ergeb­nisse aus mikro­bi­ol­o­gis­chen Unter­suchun­gen zu tre­f­fen, z. B. sollte im entsprechen­den Anwen­dungs­fall ein erhöht­es Poten­zial zur H2S-Bil­dung vorhan­den sein. Mögliche mikro­bi­ol­o­gis­che Unter­suchun­gen wer­den im Ver­bund­vorhaben H2-UGS für ver­schiede­nen Betrieb­sphasen benannt.

Das Design der Obertagean­lage erfol­gt weit­ge­hend in Anlehnung an übliche Erdgasspe­icherde­signs. Die jew­eili­gen Einzelkom­po­nen­ten sind mit Blick auf die H2-spez­i­fis­chen Betrieb­san­forderun­gen auszule­gen und müssen für den Kon­takt mit Wasser­stoff geeignet sein. Im Bere­ich der obertägi­gen Instal­la­tio­nen sind diese Kom­po­nen­ten grund­sät­zlich am Markt ver­füg­bar. Mit Kapaz­ität­sen­g­pässen bei Anla­gen­bauern und angren­zen­den Gew­erken ist jedoch zu rech­nen und entsprechende Vor­laufzeit­en für eine Spe­icher­re­al­isierung einzuplanen.

Die Sicher­heits­be­tra­ch­tun­gen wur­den in Analo­gie zum etablierten HAZOP-Ver­fahren durchge­führt. Hier­bei wur­den vere­inzelt ger­ingfügige Unter­schiede in möglichen Ursache-Wirkungs-Ket­ten zur Erdgasspe­icherung fest­gestellt. Diese Änderun­gen ergeben sich direkt aus den spez­i­fis­chen Stof­feigen­schaften des Wasser­stoffs. Grund­sät­zlich hat sich die Anwend­barkeit des Ver­fahrens bestätigt, weshalb das HAZOP-Ver­fahren auch für die H2-Spe­icherung weit­er­hin emp­fohlen wird.

Projektbeteiligte

DBI Gas- und Umwelt­tech­nik GmbH

Karl-Heine-Straße 109/​111

04229 Leipzig

Ansprech­part­ner­in:

Cindy Kleinick­el

E‑Mail schreiben 

ESK GmbH

Hals­brück­er Straße 34

09599 Freiberg

Ansprech­part­ner:

Jörg Frö­bel

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