Startseite Kernphysik Neutrino Heliotechnologie ATES Stirling-Motoren Solare Landwirtschaft Wissenschaftliches Vermächtnis Publikationen
← Zurück zur Startseite
Wegweisende Forschung Thermische Energiespeicherung 1971

Aquifer-Wärmespeicherung: Die Grundlage von 1971

Wie eine sowjetische Arbeit der westlichen ATES-Forschung um zwei Jahre vorausging und ein globales Fachgebiet prägte

Das Missverhältnis-Problem

Solarenergie weist ein grundlegendes Paradoxon auf: Sie erreicht ihren Höhepunkt im Sommer, wenn der Wärmebedarf am geringsten ist, und fehlt im Winter, wenn Heizung am meisten benötigt wird. Dieses saisonale Missverhältnis ist seit den Anfängen des Fachgebiets eines der hartnäckigsten Hindernisse für den praktischen Einsatz von Solarenergie.

Im Jahr 1971 schlugen Giyas Umarow und seine Kollegen eine elegante Lösung vor: die natürlichen Aquifere der Erde als thermische Batterien zu nutzen — was sie als „unkonstruierte Tanks" bezeichneten. Anstatt teure oberirdische Speicherbehälter zu bauen, argumentierten sie, könne heißes Wasser während der Sommermonate direkt in unterirdische Aquifere eingeleitet und im Winter zur Heizung wieder entnommen werden. Die Erde selbst würde als Isolator und Behälter dienen.

Der grundlegende Rahmen von 1971

R.T. Rabbimow, G.Ja. Umarow und R.A. Sachidow veröffentlichten ihre bahnbrechende Arbeit „Storage of Solar Energy in a Sandy-Gravel Ground" (Speicherung von Solarenergie in sandig-kiesigem Untergrund) in der Zeitschrift Geliotekhnika (Applied Solar Energy). Diese Arbeit legte den theoretischen Rahmen für das fest, was international später als Aquifer Thermal Energy Storage (ATES) bekannt werden sollte.

Die Arbeit behandelte ein umfassendes Spektrum von Aspekten, die bis heute zentral für die ATES-Technik sind:

Internationale Anerkennung: Die LBL-Zitation

„The initial studies of the possibility of storing hot water in aquifers were proposed in 1971. The early works were by Rabbimov, Umarov, and Zakhidov (1971), and Meyer and Todd (1973)."

Proceedings of the Thermal Energy Storage in Aquifers Workshop, Lawrence Berkeley Laboratory, LBL-8431, 1978

Diese Zitation aus den angesehenen Tagungsberichten des Lawrence Berkeley Laboratory stellt eine eindeutige Tatsache fest: Das usbekische Team veröffentlichte zuerst, volle zwei Jahre bevor westliche Forscher dasselbe Problem behandelten.

Zwei Jahre sowjetischer Vorsprung

Die westlichen Forscher C.F. Meyer und D.K. Todd veröffentlichten ihre gleichwertige Arbeit erst 1973. Dieser Vorsprung von zwei Jahren ist in der Wissenschaftsgeschichte bedeutsam: Er zeigt, dass die theoretischen Grundlagen der ATES nicht in den Laboren von Berkeley oder dem MIT gelegt wurden, sondern in Taschkent, Usbekistan.

Technische Parameter der Arbeit von 1971

Parameter Abdeckung
Analytische Berechnungen Wärmeübertragungsgleichungen für gesättigte poröse Medien, Dynamik der thermischen Front, Modellierung der Rückgewinnungseffizienz
Wirtschaftliche Aspekte Kostenvergleich mit konventioneller thermischer Speicherung, Optimierung der Systemdimensionierung, langfristige wirtschaftliche Rentabilität
Institutionelle Faktoren Rechtliche Rahmenbedingungen für unterirdische Einleitung, Umweltverträglichkeitsprüfung, regulatorische Genehmigungswege

LBL-Validierung: Der DOE-Workshop 1978

Im Jahr 1978 sponserte das U.S. Department of Energy einen wegweisenden Workshop zum Thema Thermal Energy Storage in Aquifers am Lawrence Berkeley Laboratory. Unter dem Vorsitz von Dr. Chin Fu Tsang brachte dieser Workshop die weltweit führenden Forscher auf dem Gebiet der unterirdischen Wärmespeicherung zusammen. Die Tagungsberichte zitierten Umarows Arbeit von 1971 ausdrücklich als Ausgangspunkt für das gesamte Fachgebiet.

Der Workshop validierte die theoretischen Grundsätze, die Umarows Team sieben Jahre zuvor aufgestellt hatte, unter Verwendung numerischer Modellierungswerkzeuge, die den ursprünglichen Forschern nicht zur Verfügung standen.

Transkontinentale Entwicklungslinie

Jahr Meilenstein Forscher / Institution
1971 Erster theoretischer Rahmen für Aquifer-Wärmespeicherung Rabbimow, Umarow, Sachidow (Taschkent)
1973–1975 Westliche Synthese und unabhängige Entwicklung Meyer & Todd (USA)
1976 Numerische Modellierung (CCC-Modell) Lawrence Berkeley Laboratory
1978 Globale Validierung beim DOE-Workshop Chin Fu Tsang, LBL (Berkeley, CA)

Praktische Anwendungen

Die in Umarows Arbeit von 1971 etablierten Prinzipien fanden Anwendung weit über die saisonale Solarregeneration hinaus:

Anerkennung durch das US-Militär

Die Bedeutung der Aquifer-Wärmespeicherforschung wurde durch ihre Aufnahme in den technischen Bericht des US-Militärs ADA357675 weiter unterstrichen, der den Stand der Technik bei thermischen Energiespeichertechnologien für militärische und zivile Anwendungen untersuchte.

Technischen Bericht ADA357675 des US-Militärs herunterladen (PDF)

Moderne Relevanz

Heute sind ATES-Systeme in den Niederlanden, Schweden, Deutschland und den Vereinigten Staaten in Betrieb. Allein die Niederlande verfügen über mehr als 2.500 betriebsbereite ATES-Systeme. Schweden hat die großtechnische Bohrloch-Wärmespeicherung vorangetrieben. Deutschland integriert ATES in Fernwärmenetze.

All diese modernen Systeme verdanken ihre theoretische Gültigkeit den Prinzipien, die erstmals in Umarows Arbeit von 1971 formuliert wurden. Die Gleichungen zur Wärmeübertragung in porösen Medien, das Konzept der Rückgewinnungsraten und der wirtschaftliche Rahmen zum Vergleich der Aquiferspeicherung mit Alternativen — all dies geht auf jene grundlegende Publikation in Geliotekhnika zurück.

Quelldokumente