Saisonale Waermespeicherung in Grubenraeumen. Konzepte und technische Loesungen. 2. Technischer Fachbericht Saisonale Speicherung solarer Niedertemperaturwaerme in Bergwerken. Solarenergiebergbau

The Second Technical Report of the project 'Saisonal Storage of Solar Low Temperature Heat in Mines' describes different concepts to realize seasonal storage in mines and suitable district heat systems. The different storage designs and concepts are presented and evaluated in detail. The fundamental differences between the use of a tunnel or a shaft are discussed as well as the storage filling with a fluid or a mineral material. Technical solutions for the integration of a seasonal storage in mines are examined. Different solutions for storage sealing stand for choice. It is shown that the use of air-placed concrete represents a particularly suitable method due to the cost advantages and the flexible operation of the procedure compared with other seal systems. An exemplary system design leads to specific investment costs of 115 DM/m"3 to 300 DM/m"3 for the saisonal storage depending on the boundary conditions (tightness of the surrounding rock, use of available pipework etc.). The latter amount equals the height of the costs payed for the concrete underground tanks in Hamburg-Bramfeld and Friedrichshafen. It is shown that the costs for the use of mines for saisonal storage is comparable to those of existing systems at least; in favorable cases definitely lower costs may be achievable. In any case, a specific evaluation, taking account of local boundary conditions and circumstances, is necessay. On the basis of the boundary conditions below and the situation above ground, many locations in the Ruhr area were estimated concerning their suitability for this project. Favorable locations could be found within almost all coal industry areas. The plan for house buildings at these locations is suitable for the application of a district heat network. Although the examination of seasonal heat storage in mines is not concluded up to now, the presently achieved information indicates very positive results in all sections (i.e. investment costs, technical feasibility, choice of location). (orig.)Available from TIB Hannover: RO 9602(231) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEArbeitsgemeinschaft Solar Nordrhein-Westfalen, Juelich (Germany)DEGerman

Saisonale Waermespeicherung in Grubenraeumen Abschlussbericht

The solar assisted heat supply of buildings can provide an important contribution in order to achieve the targets of minimization of primary energy consumption and reduction of greenhouse gas emissions. However, the problem of the seasonal divergence between the high solar energy supply in the summer and the high demand in the winter consists; therefore seasonal heat storage is indispensable. Here, a considerable fraction of the investments must be addressed to the central reservoir. An approach towards the reduction of the investment costs for the installation of seasonal storages in the use of cavities, which are already available in mines. In the Ruhr-Area a complex net of subterranean cavities is available. For the cost estimation of solar assisted heat supply with integrated storage in mines, the reference suburban colony 'Essen-Stoppenberg' with 42 double family houses is chosen. The specific storage costs are estimated for different technical options (tunnel- or shaft storage, direct or indirect charging system). In most cases these costs are comparable to other seasonal heat storage projects. With advantageous conditions specific capital expenditures can be achieved, which are lower than those of conventional seasonal storage. However, it must be considered, that the operating costs of pit storages are expected to be higher. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: RO 9602(249) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekArbeitsgemeinschaft Solar Nordrhein-Westfalen, Juelich (Germany)DEGerman

Technisches Nutzungskonzept fuer einen saisonalen Speicher im Schacht General Blumenthal 6. Analyse und Konzeption der saisonalen Speicherung solarer Waerme in Grubenraeumen Erstellt im Rahmen der Arbeitsgemeinschaft Solar NRW als 1. Technischer Fachbericht

Im vorliegenden Bericht werden die Rahmenbedingungen fuer den Bau und Betrieb eines Schachtspeichers am Beispiel des Standortes Bergwerk General Blumenthal/Haard in Recklinghausen konkretisiert. Da der Schacht 2 in einem deutlich schlechteren Zustand ist und einen kleineren Schachtdurchmesser aufweist, ist es sinnvoll, den Schacht 6 fuer die Installation eines Pilotspeichers zu nutzen. Aufgrund des Zieles einer moeglichst hohen Betriebssicherheit sollte fuer den Schachtspeicher der eigendichte Abschnitt mit Tuebbingausbau, der in diesem Fall bis 70 m Teufe reicht, verwendet werden. Abzueglich eines unteren Ueberlappungsbereiches und des Schachtkellers ergibt sich somit eine nutzbare Speicherhoehe von rund 63 m, was einem Volumen von etwa 2.155 m"3 entspricht. Der Speicher wird nur am Kopf waermegedaemmt. Der Schachtspeicher wird mit einer Kies/Wasser-Fuellung versehen. In diese werden mit einem vertikalen Abstand von 1,5 m insgesamt 42 Rohrschlangenebenen eingebracht, die jeweils aus gleichmaessig ueber die Querschnittsflaeche verteilten Stahlrohren DN 25 mit einer Gesamtlaenge von knapp 100 m bestehen. Diese Ebenen werden zu insgesamt 10 temperaturabhaengig ansteuerbaren Schichten zusammengefasst. Durchgefuehrte Simulationsrechnungen zeigen, dass ein Grubenspeicher im quasistationaeren Zustand Nutzungsgrade von ueber 80% erreichen kann. Die Nutzungsgrade und damit die nutzbaren solaren Waermemengen haengen vor allem vom Temperaturniveau des Nahwaermenetzes ab. Die Groesse der Kollektorflaeche und die Hoehe der Waermelast der Verbraucher haben nur einen vergleichsweise geringen Einfluss auf die Leistungsfaehigkeit des Speichers. Bei positiver, aber realistischer Einschaetzung der Randbedingungen ergeben sich fuer den projektierten Pilotspeicher am Standort General Blumenthal 6 spezifische Investitionskosten in Hoehe von 477 DM/m"3. Eine Verringerung dieses Wertes ist vor allem durch die Vergroesserung des Speichervolumens bei zukuenftigen Anlagen moeglich. (orig.)The First Technical Report of the project 'Analysis of Seasonal Storage of Solar Heat in Mines' describes the local terms of construction and operation of a shaft storage at the 'Bergwerk General Blumenthal/Haard' in Recklinghausen. For the installation of a pilot storage the Shaft No. 6 should be chosen because of the better condition of the shaft walling and the greater diameter in comparison with Shaft No. 2. As the result of the objective of operational reliability only the leakproof metal tubbing array in the shaft should be used. In compliance with this rule, a system with a volume of 2,155 m"3 is designated for the Shaft No. 6 (storage height 63 m). The storage is only insulated at the top. A gravel/water filling guarantees static strength of the site. With a vertical distance of 1.5 m, 42 pipe coils should be installed, evenly distributed across the cross section and connected to 10 temperature-dependent controllable layers. Each pipe coil consists of 100 m steel pipes with an inside diameter of 2.5 cm. Simulation calculations show that storage efficiencies higher than 80% can be expected. The efficiencies and the discharged energy considerably depend on the temperature level of the district heat netowrk. The collector area and the quantity of heat have a comparatively smaller influence on the storage operation results. The specific investment costs of the shaft storage at the location 'General Blumenthal 6' were calculated to 477 DM/m"3. A reduction of the specific costs can be achieved especially by the use of larger storage volumes in the future. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: RO 9602(272) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekDEGerman

Moeglichkeiten und Konzepte der saisonalen Speicherung solarer Waerme unter Nutzung von Grubenraeumen des Steinkohlenbergbaus Abschlussbericht

Der Abschlussbericht zur Studie 'Analyse und Konzeption der saisonalen Speicherung solarer Waerme in Grubenraeumen' untersucht und bewertet die Moeglichkeiten, die durch die Bergbautaetigkeiten entstandenen, untertaegigen Volumina zur Installation eines saisonalen Speichers zu nutzen. Die Arbeiten werden anhand von zwei exemplarisch ausgewaehlten Standorten durchgefuehrt, dem Bergwerk General Blumenthal/Haard in Recklinghausen (Schacht GB 6) sowie dem Bergwerk Niederberg in Neukirchen-Vluyn (Schacht NB 5). Die untersuchten Speichervolumina liegen fuer den GB 6 bei 2.424 m"3 und fuer den NB 5 zwischen 2.389 m"3 und 10.033 m"3. Die durchgefuehrten Analysen der unterschiedlichen Arten von Grubenraeumen zeigen, dass die Nutzung von Streckenabschnitten nicht zielfuehrend ist, da enorm hohe Kosten entstehen wuerden, um die Integritaet des Querschnittes waehrend der langen Betriebsdauer des Speichers sicherzustellen. Es kommt nur der oberflaechennahe Abschnitt innerhalb des zumeist eigendichten Schachtausbaus mit Tuebbingen infrage und dieser auch nur in Schaechten an Standorten beim Uebergang in die Stilllegung. Um den fuer die Genehmigungsfaehigkeit erforderlichen Ausbauwiderstand sicherzustellen, ist als Speichermedium eine Kies/Wasser-Fuellung vorzusehen. Der Speicher wird indirekt ueber horizontal liegende Rohrschlangenebenen, die zu maximal 10 temperaturabhaengig ansteuerbaren Schichten redundant zusammengefasst werden, be- und entladen. Aus wirtschaftlichen Gruenden ist eine Waermedaemmung nur an der oberen Stirnflaeche vorzusehen. Der Speichernutzungsgrad betraegt im Mittel aller untersuchten Varianten nach 10 Betriebsjahren rund 70% und liegt damit auf dem Niveau der bislang realisierten Kies/Wasser-Speicher. Waehrend vor allem eine niedrige Vorlauftemperatur im Nahwaermenetz zu einer hohen Systemeffizienz fuehrt, wirken sich die untersuchten Speicherparameter nur vergleichsweise geringfuegig aus, so dass aus energetischer Sicht jeder Standort grundsaetzlich nutzbar ist. Die volumenspezifischen Speicherkosten belaufen sich auf 141-507 EUR/m"3. Die solaren Waermepreise betragen ohne Foerderung 23-55 Cent/kWh; bei Beruecksichtigung der moeglichen Zuschuesse liegen sie bei 9-12 Cent/kWh. Grubenspeicher stellen somit auch aus oekonomischer Sicht eine interessante Alternative zu den etablierten Bauformen saisonaler Speicher dar. (orig.)The Final Report of the project 'Analysis of Seasonal Storage of Solar Heat in Mines' describes and estimates the option of a seasonal storage installation inside of an underground coal mine. Two locations were chosen for the analysis: 'Bergwerk General Blumenthal/Haard' in the city of Recklinghausen (Shaft GB 6) and 'Bergwerk Niederberg' in the city Neukirchen-Vluyn (Shaft NB 5) in Germany. The analysed storage volumes amount to 2,424 m"3 at the Shaft GB 6 and range between 2,389 m"3 and 10,033 m"3 at the Shaft NB 5. Tunnels are less qualified for this concept, because to make sure that the cross-section will stay unchanged during the years of storage operation high costs incurred. Only the leakproof metal tubbing array in a shaft can be used for the installation during the final shutdown of the coal mining activities at that location. A gravel/water filling guarantees static strength of the site. The storage should be charged and discharged by a number of steel pipe coils, redundantly connected to 10 temperature-dependent controlable layers. Concerning economical aspects, an insulation is only necessary on the storage top. During the simulation of various scenarios, the storage efficiencies are approx. 70% after 10 years of operation. These results confirm the expectations and correspond with those of other designs of gravel/water filled storages. A low temperature level in the distribution network particularly leads to a higher efficiency of the solar system. The dependency on local boundary conditions is comparatively small; therefore from the thermodynamic point of view nearly every shaft location can be used to realise this concept. The specific storage costs range between 141 EUR/m"3 and 507 EUR/m"3. The solar heat price can be calculated to 23-55 Cent/kWh without and 9-12 Cent/kWh with funding. On suitable boundary conditions these results indicate the competitiveness of seasonal storage in a shaft as a quite interesting and attractive alternative to other storage concepts and established storage designs. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekDEGerman

Saisonale Waermespeicherung in Grubenraeumen als Alternative zu etablierten Konzepten. 1. Technischer Fachbericht Grundlagen und Standortdiskussion

The first technical report of the project ''Saisonal storage of solar low temperature heat in mines'' describes the status quo of Central Solar Heating Plants with Saisonal Storage (CSHPSS) in Germany. First the different cases of storage were classified. Only the sensible storage is relevant to a saisonal storage in central solar heating plants. The different designs of these storages were discribed and there advantages and disadvantages are discussed. During the last years the first systems in Germany were set in operation. The study shows the describtions of these projects and the results of the energy flow simulations. The important parameters were compared. These systems reach a solar fraction of nearly 50 % of the total load. The saisonal storage is loaded by integrated collector fields, which were installed for specific costs of about 600 DM/m"2. The buildings were supplied by a district heat system. Additional heat is delivered by gas boilers. The specific investment costs of the saisonal storage depend on the size and the design of these storages and amount to between 190 and 380 DM/m"3. They lead to heat costs of about 35 Pf/kWh. Therefore the use of mines for saisonal storage is to be examined because a considerable reduction of costs can be expected. First results of a pilot project in Freiberg were conclused. The location analysis shows a lot of qualified locations with about 1,7 Mio. cubic metres which offer good possibilities for a realisation of saisonal storage in mines. First simulations show that a thermal isolation of the storage will not be necessary. Up to now no technical reasons exist which oppose the possibility of a realization. (orig.)Der Erste Technische Fachbericht zur Studie 'Saisonale Speicherung solarer Niedertemperaturwaerme in Bergwerken - Solarenergiebergbau -' beschreibt den Status quo der solarunterstuetzten Nahwaermeversorgung mit saisonaler Speicherung in Deutschland. Zunaechst werden die verschiedenen Arten der Speicherung vorgestellt. Fuer eine Langzeitspeicherung in einem solar gestuetzten Nahwaermesystem kommen zur Zeit nur sensible Waermespeicher in Frage. Die verschiedenen Bauformen dieser Speicherart werden ausfuehrlich beschrieben und ihre jeweiligen Vor- und Nachteile diskutiert. In den letzten Jahren sind in Deutschland die ersten Systeme in Betrieb genommen worden. Der vorliegende Bericht dokumentiert die Beschreibungen der Anlagen und die Ergebnisse der Simulationsrechnungen. Anschliessend werden die Projekte hinsichtlich der wichtigsten Parameter miteinander verglichen. Es werden solare Deckungsraten von knapp unter 50% erreicht. Der saisonale Speicher wird ueber zentrale Kollektorflaechen beladen, deren spezifische Kollektorkosten rund 600 DM/m"2 betragen. Die gespeicherte Waerme wird ueber ein Nahwaermenetz an die Gebaeude verteilt. Reicht diese nicht aus, erfolgt eine Nachheizung, in der Regel durch Gasbrenner. Die spezifischen Investitionskosten fuer die Speicher haengen von deren Groesse und Bauform ab und liegen zwischen 190 und 380 DM/m"3. Daraus resultieren hohe spezifische Waermepreise von etwa 35 Pf/kWh. Aus diesem Grund wird die Nutzung von Grubenraeumen zur saisonalen Speicherung untersucht, weil guenstigere Kostenstrukturen erwartet werden koennen. Erste Ergebnisse einer Pilotanlage in Freiberg werden zusammengefasst. Die ersten Arbeitsschritte im Rahmen der Standortanalyse zeigen, dass es ein grosses Potential an Grubenraeumen im Ruhrgebiet gibt, die gute Erfolgsaussichten fuer die Realisation eines saisonalen Speichers bieten. Im Augenblick koennen rund 1,7 Mio. Kubikmeter ausgewiesen werden, die fuer die Realisation eines Speichers in Frage kommen. Einleitende Simulationsrechnungen zeigen, dass eine thermische Isolierung des Speichers nicht erforderlich sein wird. Es gibt zur Zeit keinerlei technische Gruende, die gegen eine moegliche Realisierbarkeit sprechen. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: RO 9602(196) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekArbeitsgemeinschaft Solar Nordrhein-Westfalen, Juelich (Germany)DEGerman