Kavernenmodellierung

Obwohl die Gasspeicherung in Salzkavernen Stand der Technik ist, haben sich (1) die Betreiberanforderungen dahingehend geändert, dass neben den saisonalen, langzyklischen Speicherzyklen zunehmend auch hoch-frequente Speicherzyklen aufgrund veränderter Speichermarktanforderungen gefahren werden, und (2) gleichzeitig die Betriebszeit vereinzelter Kavernen mehrere Jahrzehnte beträgt. Insbesondere aufgrund der thermomechanischen Wechselwirkung beim Ein- und Ausspeichern von Gas resultieren daraus grundlegend neue Fragen zur Betriebssicherheit, d.h. Integrität der geologischen Barriere Salz sowie der technischen Installation des Bohrloch-Casings im Kontakt mit der Bohrlochzementierung sowie dem Salzgebirge.

Zielstellung des Arbeitspakets numerischen Modellierung (MOD2) ist die modelltechnische Untersuchung der technischen Dichtheit des Verbundes Rohrtour-Zement-Steinsalz in der Kavernenbohrung. Dabei werden als Einflussfaktoren die Wirkungen der Gebirgsspannung im Kavernendach sowie der konvergenzbedingten vertikalen Dehnungsbeanspruchungen bei saisonalen oder hoch-frequenten Speichervorgängen untersucht. Davon ausgehend sollen vor allem Empfehlungen für eine Optimierung des Speicherbetriebs gegeben werden.

Es werden zwei geometrisch gleiche Typkavernen (600.000 m3), allerdings in unterschiedlichen Teufenlagen (Typ 1: 600 m und Typ 2: 1200 m) betrachtet, wobei die Randbedingungen mit den entsprechenden Partnern (UNIPER, KIT) abgestimmt wurden. Die geotechnischen Randbedingungen sind damit repräsentativ für die meisten Gasspeicherkavernen in Deutschland.

Als aufwändig erwies sich die modelltechnische Implementierung der Rohrtour mit der Zementation, wofür in diesem Bereich die Netzauflösung extrem stark erhöht wurde. Das neue Modell ist erfolgreich implementiert und getestet worden. Es arbeitet gut, wobei allerdings der Zeitbedarf hoch ist (Berechnungszyklen dauern bis zu einem Monat). Einen Schwerpunkt bildet die Berechnung der Temperaturrandbedingungen in Wechselwirkung mit dem Speicherregime, die ausgehend von der SCGS Toolbox von RESPEC jeweils thermo-mechanisch gekoppelt in die Modellrechnungen eingehen.

Die Simulationsrechnungen zum Nachweis der Integrität der Steinsalzbarriere Kaverne sowie Untersuchung der Effekte auf die Bohrlochkomplettierung unter Berücksichtigung einer hochfrequenten Speicherfahrweise, welche in Verbindung mit erhöhten Druckänderungsraten und höheren Temperaturgradienten zwischen Gebirge und Speichermedium steht, laufen aktuell. Die beispielhaft in Abb. 2 und 3 dargestellten Ergebnisse zeigen, dass zwar in der Umgebung das zwar in der Hohlraum-beeinflussten Steinsalzkontur das Minimalspannungskriterium verletzt ist, dass aber die Integrität der Steinsalzbarriere für einen ausreichenden Salzpfeiler insgesamt gegeben ist.