Untergrundspeicher

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Ein Untergrundspeicher ist ein Speicher in natürlichen oder künstlichen Hohlräumen unter der Erdoberfläche.

Der Begriff wird vor allem für unterirdische Gasspeicher für Erdgas verwendet, aber auch für Wasserstoff-[1] und Erdölspeicher sowie zunehmend für Kohlenstoffdioxidspeicher. Diese Speicher dienen zum Ausgleich von Ungleichgewichten zwischen Angebot/Förderung und Nachfrage/Verbrauch sowie der Erhöhung der Versorgungssicherheit. In der Regel werden Erdgasspeicher in warmen Sommermonaten mit geringem Gasbedarf befüllt und in den Wintermonaten zur Deckung des Mehrbedarfs entleert.

Das im Speicher vorhandene Volumen unterteilt sich in Arbeitsgas- und Kissengasvolumen. Das Arbeitsgasvolumen ist das im Jahresverlauf nutzbare Gasvolumen (Umschlagsmenge). Das Kissengas hält den Mindestdruck im Speicher aufrecht und verbleibt in den Kavernen bzw. oder der Formation (Porenspeicher), um die geomechanische Stabilität zu gewährleisten.

Da das Gas im Untergrundspeicher meist einen höheren Druck als die Ferngasleitung hat, muss das Gas zur Einspeisung mit einem Kompressor verdichtet werden. Ein Teil der hierfür aufgewendeten Energie kann bei der Wiederentnahme in einer Expander-Gasturbine zurückgewonnen werden. In einem solchen Falle wirkt der Untergrundspeicher zusätzlich als mechanischer Energiespeicher, so wie ein Druckluftspeicherkraftwerk. Da während der Ausspeisung im Winterhalbjahr der Druck im Speicher stark absinkt, ist manchmal auch bei der Ausspeisung eine Verdichtung nötig, um das Gas auf Ferngasleitungsdruck zu bringen. Nach einer Speicherung im Untergrundspeicher muss das Gas in der Regel getrocknet werden, um die normierten Eigenschaften (z. B.: DVGW 260) einzuhalten.

Arten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Porenspeicher[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In porösem Gestein wird das Gas ähnlich einem Schwamm aufgenommen.

Bei der Anlage wird auf vorhandene geologische Formationen zurückgegriffen. In den Poren und Klüften unterirdischer Kalk- und Sandsteinschichten sammelte sich vor Millionen von Jahren Erdgas, das bereits gefördert wurde. Porenspeicher sind daher „wiederbefüllte“ natürliche Lagerstätten. Solch eine Lagerstätte wird nach oben durch eine sehr niedrigporöse Gesteinsschicht (z. B. Tonstein) abgedichtet. Die Dichtigkeit und damit ihre Eignung als Speicher hat die ehemalige Lagerstätte bewiesen, da sich das Gas dort über Jahrmillionen hinweg halten konnte.

Porenspeicher in Gesteinsschichten, aus denen Grundwasser durch eingepresstes Erdgas verdrängt wurde, bezeichnet man als Aquifer-Speicher.

Durch die großen Lagerungsmengen dient das Erdgas in Porenspeichern vorwiegend zur Abdeckung saisonaler Bedarfsschwankungen.

Kavernenspeicher[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Gaskavernenbaustelle an der Ems

Diese künstlich erzeugten Hohlräume in Salzstöcken werden durch Bohren und Gewinnung von Sole geschaffen. Sie sind zylinderförmig, können Durchmesser bis zu 100 m und Höhen zwischen 50 und 500 m haben und liegen Hunderte von Metern unter der Erdoberfläche, in Deutschland zum Teil in Tiefen (bergmännisch Teufen) bis zu 2.500 m.

Die petrophysikalischen Eigenschaften von Salz garantieren in der Regel die natürliche Dichtheit der Steinsalzkavernen und machen eine zusätzliche Auskleidung, wie bei bergmännisch geschaffenen Felskavernen, unnötig.

Die Kavernen können mit Erdgas, Erdöl, Erdölprodukten, Druckluft oder anderen Gasen wie beispielsweise Wasserstoff befüllt werden.

Die gespeicherten Gasmengen variieren zwischen 40 und 100 Millionen Normkubikmeter pro Einzelkaverne.

Kavernenspeicher werden zur Spitzendeckung und als Handelsspeicher sowie zum Ausgleich saisonaler Verbrauchsschwankungen verwendet. Außerdem stehen sie zum Ausgleich kurzfristiger Importstörungen oder Schwankungen zur Verfügung.

Der Gasinhalt eines jeden Speichers unterteilt sich grundsätzlich in Kissengas und Arbeitsgas. Das Kissengas besteht aus dem Gasvolumen, das in einem Speicher erforderlich ist, um den minimal notwendigen Speicherdruck für eine optimale Ein- und Ausspeicherung zu ermöglichen. In Kavernen ist das Kissengas auch zur Gewährleistung der Standfestigkeit erforderlich. Der Kissengasanteil beträgt etwa 1/3 bis 1/2 vom maximalen Speichervolumen und verbleibt permanent im Speicher. Als Arbeitsgas definiert man das Gasvolumen, das zusätzlich zum Kissengas jederzeit eingelagert oder entnommen werden kann.[2]

Eine der größten Kavernenspeicheranlagen Europas befindet sich in Epe im Münsterland. In insgesamt 80 Kavernen können bis zu 4 Mrd. m³ Arbeitsgas eingelagert werden.

Bei der Nutzung als Erdölspeicher dient Sole als Ausgleichsflüssigkeit. Wenn Erdöl in den Speicher gepumpt wird, erfolgt eine Verdrängung der Sole aus der Kaverne. Erdöl wird ausgelagert, indem Sole eingepumpt wird. Auch in Epe (Westfalen) befindet sich ein Kavernenspeicher für Erdöl.

Siehe auch: Kaverne (Bergbau), Kavernenkraftwerk

Speicher in ausgeförderten Erdgaslagerstätten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ausgeförderte Erdgaslagerstätten können bei entsprechender geologischer Eignung wieder mit Erdgas gefüllt werden, um bei Bedarf als Reserve zur Verfügung zu stehen. Ein Beispiel sind die Felder Haidach, Tallesbrunn und Schönkirchen in Österreich, in die über die Kompressorstation in Baumgarten an der March importiertes Erdgas aus Russland eingespeichert wird. Ein Beispiel in Deutschland ist der Untergrundgasspeicher Kirchheilingen der VNG – Verbundnetz Gas.

Speicher in ehemaligen Bergwerken[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Unter bestimmten Voraussetzungen kann in ehemaligen Bergwerken ebenfalls Erdöl bzw. Erdgas eingelagert werden. Dazu wird der ehemalige Förderschacht mit einer Rohrtour versehen und abgedichtet. Ein Beispiel ist der Erdgasspeicher Burggraf-Bernsdorf der Ontras Gastransport GmbH.

Untergrundspeicher in verschiedenen Ländern[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Speicherkapazität international[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Länder mit der weltweit größten Speicherkapazität waren 2014:[3]

Land Anzahl Speicher Speichervolumen in Mrd. Kubikmeter
USA 419 128,1
Russland 23 70,4 (ohne strategische Reserven)
Ukraine 13 32,2
Deutschland 51 24,6
Kanada 61 20,7
Italien 11 17,1
Niederlande 5 12,8
Frankreich 16 12,8
Österreich 9 8,2
China 21 6,6
Ungarn 6 6,5
Usbekistan 3 6,2
Iran 2 6,0
Großbritannien 8 5,3
Kasachstan 3 4,7
Aserbaidschan 3 4,2
Tschechien 8 3,5
Spanien 4 3,4
Slowakei 3 3,3
Rumänien 8 3,1
Australien 6 2,9
Polen 9 2,8
Türkei 1 2,6

Untergrundspeicher in Deutschland[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Insgesamt gibt es in Deutschland 52 (Stand 2016) Untergrundspeicher. Hier werden ca. 24,18 Milliarden Kubikmeter Erdgas zur Spitzendeckung, zum Ausgleich kurzfristiger Importstörungen und saisonaler Bedarfschwankungen gelagert. Der größte Untergrundspeicher West-Europas ist die Anlage der Wingas in Rehden mit 4,4 Mrd. Kubikmetern. Weitere Beispiele solcher Speicher sind die Speicher Inzenham West der RWE Dea AG, Bierwang (in Unterreit) und Epe der E.ON Ruhrgas AG, Dötlingen der BEB Speicher/EMGSG, Etzel der STORAG Etzel und der Erdgasspeicher Frankenthal der Enovos Deutschland. Das Spandauer Erdgaslager in Berlin (Betrieb 2016 eingestellt) besaß beispielsweise ein maximales Volumen von 1 Milliarde Kubikmeter Erdgas. Weitere 5 Untertagespeicher befinden sich nach Angaben des Bundesverbandes der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft (BGW), Bonn, in Bau, Ausbau oder in der Planung.

Untergrundspeicher in Österreich[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Mit April 2014 bestehen in Österreich 11 Untergrundspeicher für Erdgas, absteigend sortiert nach Kapazität:[4]

  • Haidach bei Straßwalchen (Salzburg), (RAG mit Beteiligung von WINGAS und Gazprom Export), seit 2007 mit 1,2 Mrd. Kubikmeter, seit 2011 mit 2,64 Mrd. Kubikmeter, in 1600 m Tiefe, Ausdehnung 3,5 × 5 km
  • Schönkirchen-Reyersdorf bei Gänserndorf (NÖ), (OMV), seit 1977 mit 1,57 Mrd. Kubikmeter in 5 Horizonten (510 m 120 Mio. Kubikmeter, 550 m 160 Mio. Kubikmeter, 750 m 210 Mio. Kubikmeter, 1050 m 550 Mio. Kubikmeter, 1150 m 530 Mio. Kubikmeter)
  • Puchkirchen bei Timelkam (OÖ), (RAG), seit 1982 mit 860 Mio. Kubikmeter in 1100 m Tiefe, Ausdehnung 6 × 2 km; seit 2010 mit 1,08 Mrd. Kubikmeter durch Einbeziehung des Gasfeldes Haag am Hausruck in 1000 m Tiefe, Ausdehnung 5 × 2 km
  • Seven Fields im Grenzgebiet von Oberösterreich und Salzburg, (RAG mit Beteiligung von E.ON Gas Storage), im Endausbau rund 2 Mrd. Kubikmeter in 7 Feldern in 1300 bis 2300 m Tiefe, am 1. April 2011 Inbetriebnahme der ersten Ausbaustufe mit 1,165 Mrd. Kubikmeter in den beiden Speichern Zagling (zwischen Straßwalchen und Frankenmarkt; 450 Mill. Kubikmeter, Ausdehnung 2 × 2 km) und Nussdorf (ca. 700 Mill. Kubikmeter, Ausdehnung 7 × 1,5 km), am 1. April 2014 Inbetriebnahme der zweiten Ausbaustufe mit den Speichern Oberkling und Pfaffstätt südwestlich von Mattighofen (ca. 685 Mill. Kubikmeter)
  • Tallesbrunn bei Gänserndorf (), (OMV), seit 1974 mit 300 Mio. Kubikmeter
  • Thann bei Steyr (), (OMV), seit 1977 mit 250 Mio. Kubikmeter in 650 m Tiefe
  • Aigelsbrunn bei Straßwalchen (Salzburg), (RAG), seit 2011 mit 100 Mill. Kubikmeter in 1350 m Tiefe, Ausdehnung 1,5 × 1 km
  • Haidach 5 bei Straßwalchen (Salzburg), (RAG), seit 2006 mit 16 Mill. Kubikmeter in 1450 m Tiefe, Ausdehnung 0,5 × 1 km

Mit einer Gesamtspeicherkapazität von etwa 7 Mrd. Kubikmetern könnte Österreich derzeit nahezu seinen Jahresbedarf an Erdgas einlagern, was in Europa einen Spitzenwert darstellt.

Neben laufenden Erweiterungen einiger der oben genannten Speicher sind folgende neue Speicherprojekte in Bau:

  • Schönkirchen-Tief bei Gänserndorf (NÖ), (OMV), 1,6 Mrd. Kubikmeter in 2800 bis 2900 m Tiefe, Inbetriebnahme in zwei Ausbaustufen 2014 (900 Mill. Kubikmeter) und 2018 (zusätzlich 700 Mill. Kubikmeter)

Untergrundspeicher für andere Zwecke[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schemadarstellung des Speichers links unten

Auch bei Wasserkraftwerken können Speicherbecken als Untergrundspeicher ausgeführt werden, die die Umwelt geringer belasten und auch topographieunabhängiger gestaltet werden können. In Österreich wurde das erste beim Speicherkraftwerk Naßfeld errichtet.[5]

Störfälle[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In Frankenthal in der Pfalz strömten 1980 15 Tage lang unkontrolliert insgesamt 15 Millionen Kubikmeter Erdgas aus einem Untertagespeicher aus, bis der Defekt durch einen Blowout-Preventer behoben werden konnte. Vorherige Versuche, das Leck mit 1000 Tonnen Beton abzudichten scheiterten.[6]

Im Gronau im Münsterland trat Öl aus einem Speicher des Kavernenfeldes Gronau-Epe an die Oberfläche und verseuchte den Erdboden. Der Betreiber, die Salzgewinnungsgesellschaft Westfalen (SGW), hat begonnen, die Schäden zu beseitigen (Stand 2014).[7]

In Porter Ranch im US-Bundesstaat Kalifornien gab es Mitte Oktober 2015 ein Gasleck an einem unterirdischen Gasspeicher des Unternehmens Southern California Gas (SoCalGas), das erst am 11. Februar 2016 abgedichtet werden konnte. Bis dahin waren ca. 100.000 Tonnen Erdgas entwichen[8]. Die Umgebung war für diesen Zeitraum evakuiert worden, 2200 Familien mussten vorübergehend umziehen.[9] Der Treibhauseffekt des ausgeströmten Methans soll dem des CO2-Ausstoßes von mehr als einer halben Million Pkw in den USA innerhalb eines Jahres entsprechen.[10]

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Untergrundspeicher für Erdgas – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Wasserstoff-Speicherung in Salzkavernen zur Glättung des Windstromangebots.
  2. Erläuterung Arbeitsgas/Kissengas [1]
  3. Untertage-Gasspeicherung in Deutschland. In: ERDÖL ERDGAS KOHLE. Band 131, Nr. 11, 2015, S. 398–406 (PDF).
  4. Betrieb und Bau von Erdgasspeichern durch die RAG/Österreich
  5. Pumpspeicherkraftwerke Seite 98ff. vom November 2010 abgerufen am 13. März 2014 (Dokument unerreichbar, 8. April 2016)
  6. http://gsb.download.bva.bund.de/BBK/Magazin/BBK_Bevoelkerungsschutz198010.pdf Bericht über den Fall auf Seite 6
  7. http://www.taz.de/Oelhavarie-im-Muensterland/!141902/ abgerufen 8. Juli 2014
  8. Gasleck in Kalifornien: So klimaschädlich wie 500.000 Autos. In: Spiegel Online. 25. Februar 2016, abgerufen am 9. Juni 2018.
  9. http://www.tagesspiegel.de/wissen/erdgasspeicher-ist-undicht-gasleck-in-kalifornien-gouverneur-ruft-notstand-aus/12793192.html
  10. http://science.sciencemag.org/content/early/2016/02/24/science.aaf2348