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Forscher haben hydrodynamische Modellierungen durchgeführt und chemische Modelle entwickelt, um die Machbarkeit der Umwandlung stillgelegter Kohlebergwerke in unterirdische Pumpspeicherkraftwerke zu bewerten. Die Energiespeicher könnten die Netzzuverlässigkeit und -sicherheit erhöhen.
Forscher des Oak Ridge National Laboratory (ORNL) bewerten derzeit die Machbarkeit, stillgelegte Kohleminen in unterirdische Pumpspeicherkraftwerke umzuwandeln. Sie nutzen dafür fortschrittliche hydrodynamische und chemische Modelle, um verschiedene Standorte umfassend zu prüfen. Die Speicherlösungen könnten künftig die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Stromnetze erhöhen.
Pumpspeicherkraftwerke (PSH) stellen in den USA bereits über 90 Prozent der heimischen Energiespeicherung im Versorgungsmaßstab bereit. Die Technologie benötigt meist Berge oder Hügel für einen natürlichen Höhenunterschied zwischen zwei Wasserbecken.
Experten am ORNL bilden diesen Höhenunterschied nun durch die Nutzung bestehender Mineninfrastrukturen künstlich nach. Anstatt neue Becken in bergigen Landschaften zu bauen, greifen die Forscher auf tiefe Schächte ehemaliger Kohleminen zurück. Dieses Verfahren weitet die geografische Reichweite der Technologie deutlich aus.
Untergrund-Pumpspeicherkraftwerk: Bestehende Infrastruktur senkt Kosten
Vorhandene Schächte senken die Baukosten für neue Kraftwerke. Die vorhandene Substanz der Bergwerke bildet das Fundament für die technischen Anlagen. Künftig könnten davon auch Gebiete ohne natürliche Erhebungen profitieren.
Die Forscher untersuchen, wie sich die unterirdischen Strukturen für den dauerhaften Betrieb eignen. In flachen Regionen gab es bisher kaum Möglichkeiten, großtechnische Wasserspeicher für die Netzzuverlässigkeit zu errichten. Die Umnutzung der Minen erweitert nun die geografische Reichweite der PSH-Technologie.
Trotz der Potenziale stehen Experten vor technischen Herausforderungen bei der Umsetzung. Thien Nguyen, Senior Researcher am ORNL, nennt chemische Erosion und die strukturelle Stabilität als zentrale Hürden. Das Wasser in den tiefen Schächten steht in ständigem Kontakt mit dem Gestein und verbliebenen Mineralien.
Digitale Modelle für die Industrie
Diese chemischen Prozesse greifen das Material der Mine über lange Zeiträume hinweg an. Gleichzeitig muss die Konstruktion dem Druck der Wassermassen dauerhaft standhalten. Die Sicherheit der Anlagen steht daher im Mittelpunkt der wissenschaftlichen Untersuchungen.
Um diese Risiken zu beherrschen, nutzt das Team fortschrittliche hydrodynamische und chemische Modelle. Die hydrodynamischen Simulationen bilden die Wasserbewegungen in den verzweigten Schächten detailgetreu ab. Die chemischen Analysen bewerten die Reaktionen zwischen dem Wasser und der Umgebung.
Industriepartner erhalten durch diese Werkzeuge eine Basis für die Bewertung spezifischer Standorte. Die Daten helfen Unternehmen, informierte Entscheidungen über das Design und den Bau der Anlagen zu treffen. Auch der spätere Betrieb und die Wartung sollen von diesen digitalen Analysen profitieren.
Sichere Nachnutzung für das Stromnetz
Die Analysen zeigen auf, ob die Wasserkraft unter Tage an einem jeweiligen Ort funktioniert. Fachleute nutzen die Modelle, um die Standorte von Interesse umfassend auf ihre Eignung zu prüfen. Dies soll künftige Investoren und Betreiber bei der Risikoeinschätzung unterstützen.
Letztlich könnten stillgelegte Minen durch diese Forschung eine wichtige Funktion für ein stabileres Stromnetz erhalten. Die Verwandlung alter Industriebrachen in moderne Kraftwerke könnte entscheidend zur Netzsicherheit beitragen. Das Projekt am Oak Ridge National Laboratory bildet damit eine Grundlage für künftige Anwendungen im Versorgungsmaßstab.
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