Die Technik der Energiespeicherung durch Pumpspeicherwerke an sich existiert bereits seit mehr als hundert Jahren. Dabei wurden stets natürliche Höhenreliefs benutzt. Pumpspeicherwerke, deren unterer Speicherraum sich unterhalb der Geländeoberfläche befindet, also Unterflur-Pumpspeicherwerke (UPW) sind bisher nicht mit ausreichendem Detailierungsgrad untersucht worden.

Durch den wachsenden Anteil an erneuerbaren Energien in der deutschen Stromproduktion müssen die Schwankungen des fluktuierenden Angebots von Wind- und Sonnenenergie ausgeglichen werden. Ohne Speicherung können diese nur bis zu etwa 40 % des benötigten Stroms erzeugen. Das Problem der Speicher ist bisher ungelöst. Die vorhandenen Speicherkapazitäten reichen hierzu nicht aus. Neben neuen Speichertechnologien wie Druckluft-, Batterie- und Wasserstoffspeichern stellt die Nutzung von Unterflur-Speicherkraftwerken eine weitere interessante Möglichkeit zur Energiespeicherung dar.

Offizielle Projekt-Homepage Unterflur-Pumpspeicherkraftwerke

Die durchgeführten Forschungsarbeiten beinhalten geographische, geologische und geotechnische, bautechnische, maschinen- und energietechnische sowie energiewirtschaftliche Fragestellungen mit vielerlei wechselseitigen Einflüssen. Da es sich bei Unterflur-Pumpspeicherwerken um neuartige Bauwerke mit großen Abmessungen handelt, entstehen vielerlei neue Fragestellungen, die nur durch ein breit gefächertes, interdisziplinäres Forscherteam erfolgreich bearbeitet werden können. Dieses Forscherteam besteht aus Mitarbeitern des Lehrstuhls für Energiesysteme und Energiewirtschaft der Ruhr-Universität Bochum und der Lehrstühle Geologie und Geotechnik sowie des Instituts für Wasserbau und Wasserwirtschaft der Universität Duisburg-Essen.

In den Forschungsvorhaben wird untersucht, in wie weit Schachtanlagen des auslaufenden untertägigen Steinkohlenbergbaus und entkohlte Braunkohletagebaue zur Aufnahme von Speicherräumen genutzt werden können. Für die zahlreichen deutschen Steinkohlegruben bleibt nur ein kurzes Zeitfenster um Speicher-, Maschinen- und Leitungsräume ohne erhöhten Aufwand einzubauen. Auch die Braunkohletagebaue schreiten kontinuierlich voran, sodass eine Prüfung der Rahmenbedingungen zur Implementierung der Technik zum jetzigen Zeitpunkt angebracht erscheint.

Unterflur-Pumpspeicherkraftwerke - Nutzung von Anlagen des Bergbaus zur Speicherung regenerativer Energien

Der Schwerpunkt der Bearbeitung in dieser Studie liegt in der Erfassung von Potenzialen für verschiedene Ausführungen von Unterflur-Pumpspeicherwerken (UPW). Dabei werden geologische und geographische Randbedingungen, technischer und  ingenieurwissenschaftlicher Aufwand und somit die Speicherkosten sowie die energiewirtschaftlichen Aspekte betrachtet. Es werden nur "geschlossene Systeme" untersucht. Das Speicherwasser soll also baulich vom umgebenden Boden sowie dem Grundwasser getrennt bleiben. Grundsätzlich stehen derzeit drei unterschiedliche Arten von Nutzungsräumen zur Diskussion.

  • UPW 1: Untertagestandorte (vor allem Steinkohlebergwerke)
  • UPW 2: Tagebaugruben (vor allem Braunkohle-Tagebaue mit ausreichender Größe und Tiefe)
  • UPW 3: Küstenstandorte (vor allem an steil abfallenden Küstenregionen)

Die ersten beiden Möglichkeiten (UPW 1 und UPW 2) betreffen unmittelbar die Potenziale der Rhein-Ruhr-Region und werden entsprechend ausführlich behandelt. Hier werden jeweils mögliche und erforderliche Speichervolumina gegenübergestellt und auf Basis wasserkraftwerkstechnischer Betrachtungen die erforderliche Maschinen- und Leitungskonfiguration ermittelt. Darauf aufbauend werden bautechnische Verfahren zur Realisierung entsprechender Baumaßnahmen als Varianten vorgeschlagen und deren technische Umsetzung unter Beachtung der betrieblichen Rahmenbedingungen näher untersucht. Die dabei entstehenden Baukosten sollen ebenso überschläglich ermittelt werden wie die zugehörigen Betriebskosten.
Für die mögliche Heranziehung von Küstenstandorten über subaquatische Rohrleitungen (UPW 3) sollen dagegen lediglich Prinzipsskizzen angefertigt werden, die auf den Ergebnissen der ersten beiden Ansätze aufbauen sowie Gedanken zu Möglichkeiten und Grenzen formuliert werden.

Gefördert wird dieses Forschungsprojekt von der Stiftung Mercator.

Machbarkeitsstudie zur Nutzung der energetischen Potentiale durch den Bau von Pumpspeicherkraftwerken in den Steinkohlebergwerken der RAG

In Abstimmung und Kooperation mit der RAG untersucht die Gruppe die Potentiale für verschiedene Ausführungen und Kombinationen von Unterflur-Pumpspeicherkraftwerken mit Biomasseverbrennungsanlagen, Wärmetauschern, Photovoltaikanlagen, Windkraftanlagen und anderen denkbaren Anlagen. Dabei werden sowohl die geologischen und geographischen Randbedingungen, der technisch-ingenieurwissenschaftliche Aufwand für Bau und Betrieb und somit die Speicherkosten als auch die energiewirtschaftlichen Aspekte berücksichtigt.

Es werden die jeweils möglichen und erforderlichen Speichervolumina für die betrachteten Nutzungsmöglichkeiten gegenübergestellt und auf Basis wasserkraftwerkstechnischer Betrachtungen die erforderliche Maschinen- und Leitungskonfiguration ermittelt. Aufbauend auf den ermittelten Erfordernissen werden bautechnische Verfahren zur Realisierung als Varianten vorgeschlagen und deren technische Umsetzung unter Beachtung der betrieblichen Rahmenbedingungen näher untersucht. Die resultierenden Baukosten sollen ebenso wie die zugehörigen Betriebskosten überschlägig ermittelt werden.

Dieses Projekt wird für die RAG durchgeführt.