Aquiferspeicher schneiden laut einer internationalen Studie am KIT bei den Kosten besonders günstig ab. In Deutschland wären über die Hälfte der Flächen nutzbar, so die Wissenschaftler.

 

Heizen und Kühlen verursacht rund ein Fünftel der weltweiten Treibhausgasemissionen. Der Kühlbedarf nimmt durch den Klimawandel und steigende Wohnstandards deutlich zu. Bisher stammt die dafür nötige Energie jedoch nur zu einem kleinen Teil aus erneuerbaren Energiequellen, wie Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) betonen. Zusammen mit Forschungspartnern haben sie nun untersucht, welche Rolle Aquiferspeicher für eine klimafreundlichere Versorgung spielen können.

Bei dieser Technologie wird Wasser in Grundwasserleitern eingelagert und zu Zeiten genutzt, in denen Wärme oder Kälte gebraucht wird. Die Wissenschaftler nahmen Daten aus 132 Anlagen in Europa und Nordamerika zur Grundlage ihrer Studie. Das Ergebnis: Im Vergleich zu saisonalen Speicherformen wie Erdsonden-, Tank- oder Erdbeckenspeichern sind Aquiferspeicher die günstigste Speicherform, wenn die geologischen Bedingungen passen. Dazu gehören durchlässige Grundwasserleiter und eine geringe Fließgeschwindigkeit des Grundwassers.

Geringere Kosten bei steigender Leistung

Als besonders wirtschaftlich stufen die Forschenden große Systeme ein: Ab einer Leistung von rund 2 MW sinken die spezifischen Investitionskosten auf etwa 300 Euro je kW. Damit liegen sie deutlich unter den Werten vieler alternativer Speichertechnologien. Pro Kubikmeter gespeichertem Wasser betragen die Kosten laut dem KIT weniger als 10 Euro. Das macht Aquiferspeicher zu einer attraktiven Option für kommunale Wärme- und Kälteprojekte, so die Schlussfolgerung der Wissenschaftler.

Auch im Vergleich zu anderen Systemen zur geothermischen Nutzung, etwa Grundwasser- oder Wärmepumpenanlagen, schneiden Aquiferspeicher laut den Karlsruhern besser ab. Als Gegenbeispiel führen sie Dänemark an: Dort lägen die Kosten wegen geologischer Besonderheiten wie Kreide-Aquiferen und kleinerer Anlagengrößen bei rund 1.000 Euro pro kW.
 
Trotz der Vorteile sind Aquiferspeicher bisher in vielen Ländern kaum verbreitet. In Deutschland wären mehr als 50 Prozent der Fläche für den Einsatz geeignet, so die sechs Studienautoren. Bisher gäbe es jedoch nur wenige Anlagen. „Das Potenzial dieser Speichertechnologie ist enorm groß“, erklärt Philipp Blum vom KIT.

Die Forschenden empfehlen, Aquiferspeicher in die kommunale Wärmeplanung einzubeziehen. Seit 2024 müssen Städte mit mehr als 45.000 Einwohnern in Deutschland verbindliche Wärmepläne erstellen. Der zunehmende Kühlbedarf wird dort bislang aber nicht berücksichtigt, obwohl gerade dieser Einsatzbereich in Zukunft wichtiger werden dürfte.

Option für kommunale Wärme- und Kälteprojekte

Die Analyse zeigt, dass Aquiferspeicher auch bei den Kapitalkosten pro gespeicherter Energiemenge am günstigsten sind. Je nach System lagen die Werte zwischen 0,13 und 1,63 Euro pro kWh. Besonders günstig sei ein System im schwedischen Malmö, das auf 0,13 Euro pro kWh kommt. Dort wird neben der Speicherung auch Meerwasser aus dem Öresund genutzt, um Kälte in das lokale Fernkältenetz einzuspeisen.

Bei Hochtemperatur-Aquiferspeichern geben die Forscher höhere Kosten an, da zusätzlich externe Wärmequellen erforderlich sind. Als Beispiel führen sie eine Anlage im niederländischen Middenmeer an. Diese lagert überschüssige Wärme aus einer Geothermieanlage im Sommer ein und stellt sie im Winter für Gewächshäuser bereit. Dort betragen die Kapitalkosten 0,205 Euro pro kWh.

Die Autoren der Studie kommen zu dem Schluss, dass große Aquiferspeicher ab einer Leistung von 2 MW die günstigste Lösung für saisonale Wärme- und Kältespeicherung darstellen. Kommunen sollten diese Technik systematisch in ihre Planungen aufnehmen, sofern die geologischen Voraussetzungen stimmen. Damit könnten Städte und Stadtwerke nicht nur die Wärmewende voranbringen, sondern auch künftigen Kühlbedarf wirtschaftlich und klimafreundlich abdecken.

Die Studie „Capital costs of aquifer thermal energy storages (ATES) - a review“  ist über die Internetseite des KIT einsehbar.