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Möglichkeiten und Grenzen thermischer Energiespeicherung in Aquiferen

eine Initiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF)

Die Folgen des menschengemachten Klimawandels erfordern eine drastische Reduzierung der globalen Treibhausgasemissionen und entsprechende Anpassungsmaßnahmen. Während der Anteil erneuerbarer Energien im Stromsektor in den vergangenen Jahren in Deutschland stetig gestiegen ist, stagniert dieser im Wärmesektor (Heizen und Kühlen) seit über einem Jahrzehnt. Obwohl die Wärmeversorgung in Deutschland rund 50 Prozent des Energieverbrauchs ausmacht, besteht hierzulande aufgrund des jahreszeitlichen Versatzes zwischen Wärmeangebot und -nachfrage weniger ein Problem in Bezug auf die Erzeugung erneuerbarer thermischer Energien als ein Problem der saisonalen Speicherung.

Aus diesem Grund ist das Interesse an thermischen Speichern in den letzten Jahren stark gewachsen. Die saisonale Speicherung von Wärme und Kälte in Grundwasserkörpern, hier thermische Energiespeicherung in Aquiferen (ATES = Aquifer Thermal Energy Storage) genannt, zeichnen sich im Vergleich zu anderen saisonalen Speichertechnologien vor allem durch geringe Errichtungs- und Betriebskosten, hohe Kapazitäten und Leistungen sowie Effizienz aus. Dazu zählen Poren-, Kluft- und Karstsysteme sowie grundwassererfüllte bergbauliche Hohlräume.

Ziel der Bekanntmachung ist die Erforschung und Weiterentwicklung von ATES Systemen, um die Grundlage für die Systemintegration in bestandsmäßige und planerische Infrastruktur zu schaffen, so dass deren Anteil an der Energiebereitstellung im Sinne der CO2-Einsparungsziele der Bundesregierung in den kommenden Jahren in Deutschland eine relevante Größenordnung einnimmt.

Einreichungsfrist:Einreichungsfrist ( noch 3 Tage )
Startdatum: 19. Juli 2021 Enddatum: 20. September 2021 Heute 17. September 2021

Informationen zur Förderung


Wer wird gefördert?

Antragsberechtigt sind Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft, Hochschulen und außeruniversitäre Forschungseinrichtungen, Einrichtungen der Kommunen und Länder sowie Verbände und weitere gesellschaftliche Organisationen (wie zum Beispiel Stiftungen und Vereine). Für die Zuwendung wird das Vorhandensein einer Betriebsstätte oder Niederlassung beziehungsweise einer sonstigen Einrichtung, die der nichtwirtschaftlichen Tätigkeit des Zuwendungsempfängers dient (Hochschule, Forschungseinrichtung, Einrichtungen der Kommunen und Länder, Verbände, gesellschaftliche Organisationen), in Deutschland vorausgesetzt.

Forschungseinrichtungen, die gemeinsam von Bund und/oder Ländern grundfinanziert werden, können neben ihrer institutionellen Förderung nur unter bestimmten Voraussetzungen eine Projektförderung für ihre zusätzlichen projektbedingten Ausgaben beziehungsweise Kosten bewilligt bekommen. Insbesondere wird von diesen grundfinanzierten außeruniversitären Forschungseinrichtungen erwartet, dass sie die inhaltliche Verknüpfung der institutionell geförderten Forschungsaktivitäten der Einrichtung mit den Projektförderthemen darstellen und beide miteinander verzahnen. Die Antragstellung durch kleine und mittlere Unternehmen (KMU) wird ausdrücklich begrüßt. 

Was wird gefördert?

Gegenstand der Förderung sind Forschungs- und Entwicklungsvorhaben, welche folgende Aspekte zu Planung, Bau und Betrieb von thermischen Energiespeichern in Aquiferen (ATES) in Deutschland umfassen.

1. Hierzu zählt die Erarbeitung von numerischen Modellen beziehungsweise Simulationsplattformen zur Systemintegration von ATES-Anlagen in Wärmeversorgungskonzepte für die urbane Infrastruktur sowie zur Bewertung ihrer übergeordneten Funktion in sektorenübergreifenden großräumigen Energiesystemen. Ziel soll es sein, die Möglichkeiten und Grenzen von ATES für Energiesysteme auf verschiedenen Skalen aufzuzeigen. Hierfür sind folgende Aufgaben zu untersuchen:

  • Ermittlung des Potenzials von ATES in Bedarfsräumen
  • Entwicklung und/oder Nutzung numerischer Planungswerkzeuge für ATES und deren Systemintegration
  • Entwicklung von Modellierungswerkzeugen zur Simulation gekoppelter Systeme
  • numerische Modellansätze für Risiko-, Kosten-, und Lebenszyklusanalysen von ATES-Systemen
  • numerische Untersuchung der Effizienz bei unterschiedlichen Speicherzyklen und -temperaturen in ATES, geologischen Rahmenbedingungen und Speichervolumina sowie deren Kombinationsmöglichkeiten.

2. Erarbeitung von Technologien zur Sicherstellung der mittel- und langfristigen Betriebssicherheit sowie des optimierten Betriebs bei nichtidealen hydrochemischen und hydraulischen Randbedingungen. Zielsetzung dieses Aufgabenbereichs ist die Entwicklung und Anwendung von Geotechnologien, die sowohl eine sichere Funktion des ATES als auch eine optimierte Nutzung des geologischen Raumes zum Beispiel in urbanen Bereichen mit hohen Wärmebedarfsdichten ermöglichen. Hierzu gehören beispielsweise:

  • Standortbezogene Untersuchungen der Auswirkungen von ATES auf die Grundwasserqualität, die hydrochemische und mikrobiologische sowie grundwasserökologische Beschaffenheit
  • Entwicklung und Erprobung von Konzepten und Technologien zur Prognose negativer Veränderungen der hydraulischen Durchlässigkeit im Nah- und Filterbereich von ATES-Anlagen
  • Entwicklung von Monitoring- und Betriebsstrategien für die Speicherbewertung
  • Entwicklung und Erprobung von Technologien zur Kombination kontaminierter Grundwasserleiter mit ATES-Anlagen

3. Begleitforschung an bestehenden oder geplanten ATES-Anlagen in unterschiedlichen geologischen Einheiten und Strukturen, um orts- beziehungsweise anlagenspezifische technologische oder regulatorische Anforderungen zu untersuchen. Zielsetzung dieser Aufgabenstellung ist es, für unterschiedliche geologische Bedingungen spezifische technologische und regulatorische Problemlösungen zu entwickeln, um so Grundlagen für ein breites Anwendungsspektrum von ATES-Anlagen zu entwickeln. Hierzu gehören beispielsweise:

  • Entwicklung und Erprobung von belastbaren Umweltmonitoringkonzepten und -technologien, um die Umweltauswirkung von ATES-Anlagen im Hinblick auf regulatorische Anforderungen erfassen zu können
  • Entwicklung und Erprobung effektiver bohrtechnischer Erschließungsoptionen für ATES in urbanen Räumen
  • Erforschung der Langzeitintegrität der technischen Komplettierung von ATES
  • Untersuchung zur Betriebsoptimierung von ATES in Kombination mit Großwärmepumpen
  • Untersuchung der biologischen und hydrochemischen Wechselwirkungen in Förder- und Injektionsbrunnen
  • Untersuchung des Einflusses von ATES auf Korrosion, Inkrustation und Scaling-Effekte zur Entwicklung von effizienten und kostengünstigen Betriebsweisen und zur Verringerung des Wartungsaufwands.

Wie wird gefördert?

Die Zuwendungen werden als nicht rückzahlbarer Zuschuss im Wege der Projektförderung gewährt. Bemessungsgrundlage für Zuwendungen an Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft und für Vorhaben von Forschungseinrichtungen, die in den Bereich der wirtschaftlichen Tätigkeiten fallen, sind die zuwendungsfähigen projektbezogenen Kosten. Diese können unter Berücksichtigung der beihilferechtlichen Vorgaben anteilig finanziert werden. Nach BMBF-Grundsätzen wird eine angemessene Eigenbeteiligung der entstehenden zuwendungsfähigen Kosten vorausgesetzt.

Bemessungsgrundlage für Zuwendungen an Hochschulen, Forschungs- und Wissenschaftseinrichtungen und vergleichbare Institutionen, die nicht in den Bereich der wirtschaftlichen Tätigkeiten fallen, sind die zuwendungsfähigen projektbezogenen Ausgaben (bei Helmholtz-Zentren und der Fraunhofer-Gesellschaft die zuwendungsfähigen projektbezogenen Kosten), die unter Berücksichtigung der beihilferechtlichen Vorgaben individuell bis zu 100 % gefördert werden können.

Bei nichtwirtschaftlichen Forschungsvorhaben an Hochschulen wird zusätzlich zu den durch das BMBF finanzierten zuwendungsfähigen Ausgaben eine Projektpauschale in Höhe von 20 % gewährt.

Die zuwendungsfähigen Ausgaben/Kosten richten sich nach den „Richtlinien für Zuwendungsanträge auf Ausgabenbasis (AZA)“ und/oder den „Richtlinien für Zuwendungsanträge auf Kostenbasis (AZK)“ des BMBF.

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Der Projektträger Jülich in Zahlen im Jahr 2020
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Laufende Vorhaben
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4
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