Projekträger: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie sowie das Vorab der Volkswagenstiftung durch das Niedersächsische Ministerium für Wissenschaft und Kultur (vertreten durch den Projektträger Karlsruhe (PTKA))
Förderkennzeichen: 02E11849A-J

Bei TRANSENS handelt es sich um ein vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie und vom niedersächsischen Vorab der Volkswagenstiftung durch das niedersächsische Ministerium für Wissenschaft und Kultur gefördertes Verbundvorhaben, in welchem erstmals transdisziplinäre Forschung zur Entsorgung radioaktiver Abfälle in Deutschland betrieben wird. Hierfür sind 16 Institute bzw. Fachgebiete aus Deutschland und der Schweiz vertreten, die in vier transdisziplinären Arbeitspaketen (TAP) an zentralen Themen zur Entsorgung radioaktiver Abfälle arbeiten. Hierbei handelt es sich um:

• TAP HAFF - Handlungsfähigkeit und Flexibilität in einem reversiblen Verfahren
• TAP SAFE - Safety Case: Stakeholder-Perspektiven und Transdisziplinarität
• TAP TRUST - Vertrauen im Kontext von Technik, Unsicherheiten und Komplexität
• TAP DIPRO - Dialoge und Prozessgestaltung

Der Lehrstuhl für Geomechanik und multiphysikalische Systeme (GEMS vormals LfDG) ist hierbei im TAP SAFE und im TAP TRUST vertreten. Im TAP SAFE werden vom GEMS die räumlichen und sicherheitstechnischen Konsequenzen eines 2-Sohlen-Endlagerbergwerks untersucht sowie an der Optimierung der Darstellung von Zustandsgrößenentwicklungen im Hinblick auf die Beteiligung der interessierten Öffentlichkeit gearbeitet.

Im TAP TRUST wird vom GEMS die Thematik des längerfristigen Nahfeldmonitorings im Hinblick auf Vertrauen untersucht. Hierfür wird mit Hilfe einer Arbeitsgruppe Bevölkerung (AGBe), bestehend aus 16 an dieser Thematik interessierten Personen aus der Zivilgesellschaft, die nach sozialwissenschaftlichen Aspekten in einem systematischen Verfahren ausgewählt wurden, zusammengearbeitet, um Sichtweisen von Vertretern der Zivilgesellschaft auf das Thema Vertrauen/Vertrauensbildung zu identifizieren und  die eigenen wissenschaftlichen Themen und Fragestellungen transdisziplinär zu reflektieren.

Weitere Informationen zum Verbundvorhaben TRANSENS finden Sie hier.

Projektträger: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie - BMWI
Förderkennzeichen: 02E11951D

Übergeordnetes Projektziel ist die Weiterführung der im Forschungsvorhaben KOMPASS/ Phase 1 entwickelten Methoden und Strategien zur Reduzierung der Defizite bei der Prognose der Kompaktion von Salzgrusversatz. Die Weiterführung der Forschungsarbeiten ist auf folgende Einzelziele ausgerichtet:

• Weiterentwicklung von Vorverdichtungs-Laborexperimenten zur Etablierung von reproduzierbaren und vorhersagbaren Korrelationen zwischen Spannungshöhe, Spannungsdauer, Salzgrusfeuchte und der jeweiligen Zielporosität
• Durchführung von priorisierten Langzeit-Verdichtungsversuchen aus dem entwickelten systematischen Laborprogramm zur Ermittlung einer strukturierten Datenbasis über das THM-gekoppelte Verdichtungsverhalten und die isolierte Betrachtung einzelner Funktionsabhängigkeiten
• Bestimmung des Permeabilitätstensors und seiner Abhängigkeiten in den verschiedenen experimentell erreichten Zuständen des Verfüllmaterials
• Weiteres Verständnis und quantitative Verifizierung mikrostruktureller Vorgänge durch die Anwendung der im Forschungsvorhaben KOMPASS/Phase 1 vorgestellten mikrostrukturellen Methoden
• Systematische Modellvalidierung einer Vielzahl von Einflussfaktoren in Korrelation mit den Laborexperimenten und mikrostrukturellen Untersuchungen und weitere Modellverbesserungen in Bezug auf hydraulische Transporteigenschaften zur Beurteilung der Entwicklung der Barrierefunktion bei niedrigen Porositäten.

Projektträger: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU)
Förderkennzeichen: 0325074

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde die Möglichkeit der Zwischenspeicherung fluktuierender Windenergie durch untertägige Pumpspeicherwerke in alten Bergwerken untersucht. Im Unterschied zu klassischen Pumpspeicherwerken, bei denen die Anlage der zur Wasserspeicherung erforderlichen Ober- und Unterbecken im Bereich der Tagesoberfläche mit entsprechend großflächigen Eingriffen in die Umwelt erfolgt ist hierbei beabsichtigt, sowohl die Speicherbecken als auch die Kraftstation untertägig im Bereich alter Bergwerke zu errichten. Eine Voraussetzung für die grundsätzliche Machbarkeit ist die Standsicherheit der untertägig aufzufahrenden Hohlräume für die Wasserspeicherung, die Installation von Turbine und Generator sowie alle weiterhin erforderlichen Verbindungsgrubenbaue. Wesentliche die Standsicherheit untertägiger Grubenbaue bestimmende Kriterien sind die Gesteins- und Gebirgsfestigkeit, der Gebirgsaufbau, das Spannungs-Verformungsverhalten sowie die hydraulischen Eigenschaften von Gestein und Gebirge, der primäre Spannungszustand, die Teufenlage der Grubenbaue und ihre Entfernung zu Abbauen des ehemaligen Bergbaus, die Auffahrtechnik und schließlich die Tragwirkung von gegebenenfalls erforderlichem Unterstützungsausbau. Unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Einflussgrößen sind im Rahmen des Teilvorhabens geomechanische Berechnungen zum Gebirgstragverhalten und zur Standsicherheit eines im Wesentlichen durch die Auffahrung paralleler Strecken mit 30m2 Querschnitt charakterisierten untertägigen Pumpspeicherwerkes auf der Grundlage empirischer, analytischer und numerischer Berechnungen durchgeführt worden. Ziel der Berechnungen war es, für die Referenzstandorte Bad Grund und Pöhla-Tellerhäuser ungeachtet der nur rudimentär bzw. nicht verfügbaren Daten zu den mechanischen und hydraulischen Eigenschaften des anstehenden Gebirges, erste Einschätzungen zur grundsätzlichen Machbarkeit eines untertägigen Pumpspeicherwerkes aus geomechanischer Sicht zu erarbeiten. Im Ergebnis der rechnerischen Einschätzungen konnte gezeigt werden, dass die Untersuchungen keine Hinweise ergeben, die einer möglichen Realisierung des Projektes widersprechen. Bezüglich der erforderlichen Ausbauanforderungen und der standortbezogen optimalen geometrischen Konfiguration eines untertägigen Pumpspeicherwerkes können ohne vertiefende Feld- und Laboruntersuchungen zur Ermittlung der standortspezifischen Materialeigenschaften des Gebirges keine Aussagen getroffen werden.

Projektträger: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
Förderkennzeichen: 02E10820

Dieses Verbundprojekt ist eine Zusammenarbeit mehrerer Projektpartner mit dem Ziel, Instrumentarien für die Nachweise zur sicheren und dauerhaften Untertage-Endlagerung von wärmeentwickelnden hochradioaktiven Abfällen in Steinsalzformationen zu überprüfen und zu verbessern. Dazu gehören Stoffmodelle zur Beschreibung des thermo-mechanisch-hydraulischen Verhaltens von Steinsalz. Das Vorhaben setzt inhaltlich die beiden BMBF-Verbundprojekte „Die Modellierung des mechanischen Verhaltens von Steinsalz: Vergleich aktueller Stoffgesetze und Vorgehensweisen" (Laufzeit: 01.04.2004 bis 30.11.2006) und "Vergleich aktueller Stoffgesetze und Vorgehensweisen anhand von 3D-Modellberechnungen zum mechanischen Langzeitverhalten von realen Untertagebauwerken im Steinsalz" (Laufzeit: 01.08.2007 bis 31.07.2010) fort. In diesem vom Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) geförderten Projekt sollen die verschiedenen Modellierungsansätze der Projektpartner zur Beschreibung des thermo-mechanischen Verhaltens von Steinsalz und zur Rückbildung ("Verheilung") der bei der Auffahrung der untertägigen Hohlräume induzierten Schädigung im Steinsalz untersucht werden. Dazu werden von jedem Projektpartner mit seinem Stoffmodell und Programmsystem gekoppelte thermo-mechanische 3D-Benchmark-Modellberechnungen zur Spannungs-, Verformungs-, Dilatanz- und Schädigungsentwicklung sowie zur Verheilung und zum Permeabilitätsrückgang in zwei realen untertägigen Strukturen (ECN-Erhitzerversuche und "Dammjoch" in der Schachtanlage Asse II) durchgeführt. Die Ergebnisse werden miteinander sowie mit Messdaten verglichen, wodurch eine Einschätzung der Leistungsfähigkeit der einzelnen Stoffmodelle für thermo-mechanische und hydraulische Prognoseberechnungen für die Endlagerung von wärmeentwickelnden radioaktiven Abfällen in Steinsalzformationen abgeleitet werden kann. Zur Unterstützung der salztypspezifischen Kennwertermittlung und zur Überprüfung der Stoffgesetzmodule zum thermo-mechanischen Verhalten und zur Verheilung werden außerdem eine Reihe von spezifischen Laborversuchen im Projekt durchgeführt und mit den Stoffmodellen nachgerechnet. Der Lehrstuhl für Deponietechnik und Geomechanik der TU Clausthal beteiligt sich an diesem BMWi-Verbundprojekt mit seinem selbst entwickelten Stoffmodell Lux/Wolters, welches in das FDM-Programmsystem FLAC3D der Firma Itasca eingearbeitet wurde und führt im gesteinsmechanischen Labor des Lehrstuhls Verheilungsversuche an Steinsalzprüfkörpern durch.

Projektträger: Bundesministerium für Forschung und Bildung (BMBF)
Förderkennzeichen: 02C1486

Ursächlich bedingt durch die Konvergenz und/oder den Verbruch bergmännisch aufgefahrener Hohlräume sowie durch einen auslaugungs und subrosiv bedingten Salzabtrag ist die Tagesoberfläche im Bereich von Altbergbaugebieten des Kali- und Steinsalzbergbaus charakterisiert durch Bodenbewegungen an der Tagesoberfläche. Unterschieden wird zwischen regelmäßig verlaufenden Senkungen mit der Konsequenz von Einschränkungen in der Flächennutzung (Bauschäden, Vernässungen) und bruchhaften Deformationen des Baugrundes, die zu einem ungewissen Zeitpunkt und im Extremfall tagesbruchartig auftreten, mit der Konsequenz nachhaltiger Gefährdungen für Mensch und Umwelt. Die städtebaulichen Entwicklungsmöglichkeiten in Altbergbaugebieten des Kali- und Steinsalzbergbaus sind vor diesem Hintergrund insbesondere geprägt von der Frage, inwieweit die Lokation, Größe und Eintrittswahrscheinlichkeit der anthropogen und geogen induzierten Bodenbewegungen an der Tagesoberfläche quantitativ prognostiziert werden können. Eine wesentliche Voraussetzung für ein ökologisch begründetes nachhaltiges Gestaltungs- und Flächennutzungskonzept in einer Region über abgesoffenen oder gefluteten Salzbergwerken ist damit ein "Werkzeug" bzw. "Instrumentarium", mit dem die Ursache-Wirkungs-Mechanismen der im Untergrund ablaufenden und sich gegenseitig beeinflussenden mechanischen, hydraulischen und chemischen Prozesse erkannt, beschrieben und prognostiziert werden können. Übergeordnete Zielstellung im Rahmen des Forschungsverbundvorhabens war es, vor dem vorstehend skizzierten Hintergrund aufzuzeigen, ob bzw. inwieweit es möglich ist, auf der Grundlage rechnerischer Analysen zum Tragverhalten des Gebirges im Bereich der Stadt Staßfurt prognostische Aussagen zum raum- und zeitbezogenen Bruch- und Senkungsgeschehen an der Tagesoberfläche zu treffen. Angesichts der im Raum Staßfurt gegebenen Situation eines Bergsenkungsgebietes mit regelmäßig verlaufenden Bodenbewegungen, welches partiell überlagert wird durch ein Bergschadensgebiet mit zeitlich unbestimmt auftretenden bruchhaften Bodenbewegungen, mussten in einem ersten Bearbeitungsschritt unter Berücksichtigung der standortbezogenen Gebirgseigenschaften geeignete Berechnungsalgorithmen und Plastifizierungskriterien erarbeitet werden, die geeignet sind, die einander überlagernden Senkungs- und Bruchprozesse rechnerisch abzubilden. Auf der Grundlage umfangreicher Laboruntersuchungen zu den Festigkeits- und Verformungseigenschaften der das Gebirge im Raum Staßfurt aufbauenden Gesteine in Verbindung mit rechnerischen Sensitivitätsanalysen zum Gebirgstragverhalten konnte im Ergebnis der Untersuchungen gezeigt werden, dass eine geomechanisch hinreichend abgesicherte rechnerische Reanalyse des Bruch- und Senkungsgeschehens im Bereich "Alter Markt" möglich ist. Mit dem durch die rechnerische Reanalyse des Bruch- und Senkungsgeschehens im Bereich "Alter Markt" als hinreichend validiert eingeschätzten Instrumentarium wurde schließlich für einen Profilschnitt im Bereich "Strandbad" gezeigt, dass geomechanische Berechnungen grundsätzlich geeignet sind, offensichtliche Unstimmigkeiten in der geologischen und/oder bergbaulichen Standortcharakterisierung aufzuzeigen bzw. darüber hinaus auf der Grundlage geomechanischer Untersuchungen Hinweise für die Notwendigkeit und Lokation vertiefender Erkundungen erarbeitet werden können. Schließlich bleibt im Ergebnis der durchgeführten Untersuchungen festzuhalten, dass eine in die Zukunft gerichtete Prognose des Bruch- und Senkungsgeschehens in einer Region über abgesoffenen oder gefluteten Salzbergwerken möglich ist, wenn der Gebirgsbau sowie die geologischen, geotektonischen, geohydraulischen und bergbaulichen Gegebenheiten in einer für die geomechanischen Berechnungen erforderlichen Erkundungstiefe bekannt sind.

Projektträger: Bundesamt für Strahlenschutz (BfS)
Förderkennzeichen: UFOPLAN-Vorhaben 3607R02596

Ziel des Vorhabens war die Analyse der Möglichkeiten für eine vergleichende Bewertung potenzieller Endlagerstandorte im Tongestein von Übertage aus gewesen. Neben der Schaffung numerischer Grundlagen für die Simulation des Tragverhaltens von Bohrlöchern und Strecken im potenziellen Wirtsgestein Tongestein unter Berücksichtigung tongesteinsspezifischer Aufgabenstellungen hat im Rahmen des Vorhabens eine intensive Auseinandersetzung mit den Möglichkeiten der Erkundung von Tongesteinsformationen anhand von im Bohrloch oder laborativ an Bohrkernen generierten Daten/Informationen stattgefunden. Während die Auseinandersetzung bezüglich der Erkundungsmöglichkeiten tiefliegender Wirtsgesteinsformationen auf Basis einer Literaturrecherche erfolgt ist, beinhaltete das Vorhaben darüber hinaus ein umfangreiches In-situ-Programm zur Erkundung der Möglichkeiten der Beobachtung endlagerrelevanter Prozesse im Tongestein in streckennahen Bohrlöchern. Das Vorhaben ist im Auftrag des Bundesamtes für Strahlenschutz (BfS) durchgeführt worden. Die In-situ-Arbeiten im Rahmen des Vorhabens sind mit freundlicher Genehmigung des Mont Terri Konsortiums (CH) in Zusammenarbeit mit der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) Hannover und der Nationalen Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle (NAGRA, CH) erfolgt. Im Rahmen des Vorhabens konnten qualitativ hochwertige Observationsdaten zum geomechanischen und insbesondere auch zum geohydraulischen Verhalten von Bohrlöchern im Opalinuston des URL (Underground Rock Laboratory) Mont Terri generiert werden. Darüber hinaus sind zur Bewertung eines potenziellen Endlagerstandortes aus geomechanischer Sicht relevante Gebirgs- und Gesteinseigenschaften identifiziert worden. Abschließend sind die auf Basis der Literaturrecherche sowie die auf Basis der eigenen In-situ-Arbeiten gewonnenen Erkenntnisse zur Erkundung der geomechanisch relevanten Gebirgs- und Gesteinseigenschaften in die Entwicklung eines Entwurfs für eine mögliche Vorgehensweise zur Bewertung potenzieller Endlagerstandorte im Tongestein eingegangen.

Projekträger: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
Förderkennzeichen: 02E10427

Das Forschungsvorhaben hat der Weiterentwicklung des Kenntnisstandes bezüglich der Eigenschaften und des Tragverhaltens von Tongesteinen gedient. Schwerpunktmäßig ist das verfestigte Tongestein der Lokation Tournemire sowohl im Bereich der physikalischen Modellierung und der numerischen Simulation wie auch in den Bereichen der laborativen Untersuchungen und der In-situ-Arbeiten untersucht worden. Zusätzlich haben auch in der Lokation Mont Terri Felduntersuchungen stattgefunden. Durchgeführt worden ist das Vorhaben im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi). Die In-situ-Arbeiten im Rahmen des Vorhabens haben mit freundlicher Genehmigung des Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN, FR) sowie des Mont Terri Konsortiums (CH) in Zusammenarbeit mit der Nationalen Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle (NAGRA, CH) und des Eidgenössischen Nuklearsicherheitsinspektorates (ENSI, CH) stattgefunden. Ein im Rahmen der numerischen Re-Analyse des Tragverhaltens des Tunnelsystems des URL (Underground Rock Laboratory) Tournemire formuliertes kombiniertes Bruch- und Dilatanzverzerrungskriterium konnte erstmals einen plausiblen Ansatz zur Erklärung des komplexen innerhalb der Lokation Tournemire observierten zeitabhängigen Gebirgsverhaltens mit der Ausbildung einer konturnahen Auflockerungszone in der Umgebung des Haupttunnels aus dem Jahr 1881 und dem derzeit intakten Gebirge im Nahbereich der zwei etwa ein Jahrzehnt alten Querstollen liefern. Weiterhin konnten neben aufschlussreichen Ergebnissen von laborativen Untersuchungen zu den geomechanischen Eigenschaften des Toarcium-Tongesteins auch qualitativ hochwertige Observationsdaten zum geomechanischen und insbesondere auch zum geohydraulischen Verhalten von Bohrlöchern im Toarcium-Tongestein des URL Tournemire sowie im Opalinuston des URL Mont Terri generiert werden.
 

Projekträger: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
Förderkennzeichen: 02E11041

Das Hauptziel des Vorhabens besteht darin, die EDV-Programme FLAC3D und TOUGH2 im Hinblick auf die Modellierung/Simulation von mechanisch-hydraulischen Prozessen im Tonsteingebirge unter Endlagereinwirkungen zu koppeln. Ausgangspunkt ist dabei im Gegensatz zu dem bisherigen Ansatz das EDV-Programm FLAC3D, dass die geomechanische Simulation in ihrer Beeinflussung durch die geohydraulischen Prozesse im Vordergrund stehen soll. Anhand von laborativen Untersuchungen sollen die noch fehlenden physikalischen Grundlagendaten ermittelt werden. Darüber hinaus soll anhand geeigneter Fallbeispiele (generisch, URL-Feldversuche) die Aussagequalität des neuen Prognoseinstrumentariums belegt werden ((T)HM-Modellierung und -Simulation). Hierzu werden zum einen die vorliegenden Befunde aus in den vorangegangenen Vorhaben durchgeführten Bohrlochobservationsarbeiten herangezogen. Zum anderen werden zur Verbreiterung der Datenbasis und zur Verbesserung des Kenntnisstandes bezüglich des in situ zu beobachtenden Trag- und Deformationsverhaltens von Bohrlöchern die Observationsarbeiten an den Forschungsstandorten URL Mont Terri und URL Tournemire auch im derzeit laufenden Vorhaben fortgesetzt. Durchgeführt wird das Vorhaben im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi). Die In-situ-Arbeiten im Rahmen des Vorhabens erfolgen mit freundlicher Genehmigung des Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN, FR) sowie des Mont Terri Konsortiums (CH) in Zusammenarbeit mit der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit Braunschweig (GRS).

Projektträger: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU)

Der Lehrstuhl für Deponietechnik und Geomechanik der Technischen Universität Clausthal ist vom Öko-Institut Darmstadt auf Veranlassung des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) im Rahmen des Projektes "Risikobetrachtung für eine längerfristige Offenhaltung der Asse" mit der Durchführung von gebirgsmechanischen Untersuchungen beauftragt worden. Zielsetzung dieses interdisziplinär angelegten Projektes ist es zu untersuchen, zu welchen Konsequenzen eine längerfristige (trockene) Offenhaltung der Schachtanlage Asse II führen würde für den Fall, dass eine Rückholung der abgelagerten Abfälle wesentlich größere Zeiträume als bis dato prognostiziert erfordert oder aus bergbautechnischen, sicherheitlichen oder strahlenschutztechnischen Gründen nicht möglich ist, trotzdem aber von einer zeitnahen Flutung des Grubengebäudes mit Schutzfluid oder anderweitigen abschließenden Stilllegungsmaßnahmen Abstand genommen werden soll (z.B. längerfristiges Abpumpen zutretender Lösungen, um eine mögliche Grundwasserkontamination durch freigesetztes Radionuklidinventar zu reduzieren).
 

Projektträger: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Förderkennzeichen: 02C1355

Der Prozess der druckgetriebenen Fluidinfiltration kann das Tragverhalten und auch die langfristige Integrität einer geologischen Barriere im Umfeld von verschlossenen untertägigen Hohlräumen nachteilig beeinflussen und damit beeinträchtigen. Daher sind ein hinreichendes Prozessverständnis zur druckgetriebenen Fluidinfiltration sowie Ansätze zur physikalischen Modellierung und die Entwicklung von Software zur computergestützten rechnerischen Simulation des Infiltrationsprozesses von großer Bedeutung bei der Beurteilung der Langzeitsicherheit von Untertagedeponien und Endlagern. Ziel des vom BMBF geförderten Forschungsverbundes "Weiterentwicklung der EDV-Software INFIL zur Simulation des druckgetriebenen Infiltrationsprozesses von Fluiden in ein nicht permeables Barrieren-Gebirge (Salinar)" ist die Weiterentwicklung der EDV-Software INFIL zur rechnerischen Simulation des druckgetriebenen Infiltrationsprozesses von Fluiden in ein geogen impermeables Salinargebirge. Als Grundlage dazu ist in umfangreichen laborativen Untersuchungen eine Vertiefung des Prozessverständnisses erarbeitet worden, um dadurch eine Verbesserung der physikalischen Modellierung des druckgetriebenen Infiltrationsprozesses zu ermöglichen. Darüber hinaus ist eine Erweiterung der Software auf räumliche Kontinua erfolgt. Dieses Projekt ist im Dezember 2009 durch die Erstellung eines Abschlussberichtes erfolgreich abgeschlossen worden. Aufbauend auf den Erkenntnissen aus diesem Projekt ist inzwischen eine weiter verbesserte EDV-Software zur Simulation des druckgetriebenen Infiltrationsprozesses von Fluiden in ein nicht permeables Barrieren-Gebirge entwickelt worden, das inzwischen im Rahmen praxisbezogener Drittmittelprojekte eingesetzt wird.

Projekträger: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU)
Förderkennzeichen: 0327628

Aus Sicht der geomechanischen Tragwerksanalyse unterscheiden sich die für die Zwischenspeicherung von Windenergie geplanten Druckluftspeicherkavernen von den für die Speicherung fossiler Energieträger seit Jahrzehnten eingesetzten Erdgas- und Erdölspeicherkavernen wie folgt:

1. Die Frequenz, mit der der Kaverneninhalt umgeschlagen wird (Wechsel zwischen Einspeisung = Innendruckerhöhung und Ausspeisung = Innendruckabsenkung), ist aufgrund der fluktuierenden Windenergie bei Druckluftspeichern deutlich höher als bei den regelmäßig zur saisonalen Speicherung eingesetzten Erdgasspeicherkavernen.
2. Der wirtschaftlich sinnvolle maximale Innendruck ist bei Druckluftspeicherkavernen signifikant geringer als bei Erdgasspeicherkavernen. Bestimmend für den Maximaldruck der Druckluftspeicher ist der maximal zulässige Turbineneingangsdruck. Für zur Zeit am Markt verfügbare Anlagen ist der Turbineneingangsdruck durch ein zulässiges Druckspiel von ca. 30 bar Minimaldruck bis 80 bar Maximaldruck gegeben.
3. Die maximal erforderliche Ausspeicherrate bzw. der erforderliche Volumenstrom ist bei Druckluftspeicherkavernen deutlich größer als bei Erdgasspeicherkavernen. Während bei Erdgasspeicherkavernen in der Größenordnung 100.000 m3/h bzw. in der Folge eine Innendruckabsenkungsrate von ca. 1 MPa/d im Rahmen der Tragwerksanalyse zu berücksichtigen sind, ist im Rahmen der Tragwerksanalyse für volumengleiche Druckluftkavernen eine Innendruckänderungsrate von maximal ca. 0,1 MPa/h bis 1 MPa/h, d.h. eine 20- bis 25-fach höhere Rate anzusetzen.
4. Die isentrope Abhängigkeit zwischen Fluidtemperatur und Fluiddruck resultiert bei Verwendung von Luft als Speichermedium in einer gegenüber Erdgas deutlich größeren Temperaturänderung bei Druckänderung.
5. Die gegenüber Erdgasspeicherkavernen insgesamt deutlich größeren Volumenströme bei Druckluftspeicherkavernen führen zu einem entsprechend vergrößerten Verschleiß der Förderrohrtour. In der Konsequenz ist innerhalb der Lebensdauer der Druckluftspeicherkavernen die Notwendigkeit einer Erneuerung des Förderrohrstranges als regulärer Betriebslastfall und nicht wie bei Erdgasspeicherkavernen als Sonderlastfall zu kalkulieren.

Aus den unter (1.) bis (5.) zusammengestellten besonderen Anforderungen einer Druckluftspeicherung in Salzkavernen resultieren signifikant höhere Beanspruchungen in dem die Kaverne umgebenden Salzgebirge durch die Druckwechsel selbst und durch die induzierten Temperaturgradienten im konturnahen Salzgebirge. Ziel der im Rahmen der Konzeptstudie durchgeführten rechnerischen Analysen zum Tragverhalten von Druckluftkavernen war es vor diesem Hintergrund, die Konsequenzen der gegenüber Gaskavernen veränderten Belastungsrandbedingungen auf das resultierende Spannungs- und Verformungsfeld in Raum und Zeit zu quantifizieren und hinsichtlich ihrer Zulässigkeit bezüglich Standsicherheit, Dichtigkeit und Gebrauchsfähigkeit zu bewerten.