Thermodynamik

Thermodynamische Desginparameter

Das Maß fürs Gas

Das thermodynamische Verhalten einer Gasspeicherkaverne ist buchstäblich maßgebend: für die Menge des ausspeicherbaren Gases, die Auslegung der gastechnischen Anlagen und die Prognose des Betriebsverhaltens.

Beim Befüllen einer Kaverne wird das darin bereits enthaltene Gas komprimiert und somit erwärmt. Diese Wärme wird zunächst weitgehend in das umgebende Salzgebirge abgeleitet. Mit zunehmender Umschlagfrequenz vermindert sich allerdings dieser Ausgleich und die Dynamik der Temperaturänderung in der Kaverne nimmt zu. Hierdurch steigt die mechanische Beanspruchung des Salzgesteins an der Kavernenwand. Bei schneller Gasausspeicherung kann das Gas so stark abkühlen, dass die Gashydratbildungstemperatur unterschritten wird. Folglich reduziert eine hohe Gasumschlagsfrequenz das Arbeitsgasvolumen.

Diese Problematik gewinnt bei modernen Handelsspeichern an Bedeutung: Denn im Gegensatz zu saisonalen Speichern werden sie mit wesentlich höherer Umschlagshäufigkeit und höheren Raten betrieben.

Für die zuverlässige Auslegung einer Gasspeicherkaverne inklusive ihrer technischen Anlagen und den Betrieb ist deshalb die Prognose des thermodynamischen Verhaltens von großer Bedeutung. Wichtige Parameter sind dabei: Teufenlage der Kaverne, geometrisches Volumen, zulässige Betriebsdrücke, Ein- und Auslagerungsraten, Gasqualität sowie die thermodynamische Vorgeschichte der Kaverne aus dem Solprozess (Abkühlung des Gebirges durch kaltes Wasser und negative Lösungswärme) und dem vorlaufenden Gasbetrieb.

Wichtig ist auch die Dimensionierung der Anlage für die Beigabe von Hydratbildungs-Inhibitoren. Diese können die Temperatur unter die Gashydratbildungstemperatur absenken. Das vermeidet Verstopfungen durch Hydrate selbst bei sehr hohen Auslagerungsraten und erhöht die Arbeitsgasmenge der Kaverne.

Die beteiligten Systeme – Gasinhalt in der Kaverne, Gebirge im Bereich der Bohrung und der Kaverne – und die Berücksichtigung des Realgasverhaltens in einem großen Parameterbereich sind recht komplex. Dem wird mit modernen numerischen Methoden, die anhand umfangreicher Messungen an realen Kavernen kalibriert werden, Rechnung getragen.

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