Aquifer Thermal Energy Storage (ATES) has emerged as a promising geo-energy storage technique. While most ATES systems focus on natural porous aquifers, the potential reuse of former underground mines for ATES, referred to as Mine Thermal Energy Storage (MTES), has gained increasing attention. However, many ATES / MTES projects face operational issues and failures, including clogging, mineral precipitation, and corrosion, affecting both the geological matrix and technical infrastructure such as pipes and heat exchangers. Additionally, inefficient energy recovery rates due to convective and conductive heat energy losses across natural system boundaries can hinder overall efficiency.
The ongoing research project, “MineATES”, concentrates on exploring the opportunities and constraints associated with utilizing man-made caverns filled with water for thermal energy storage. Specifically, an in-situ real laboratory has been installed within the former silver mine “Reiche Zeche” of TU Bergakademie Freiberg, Germany, to simulate periodic heat exchange between mine water and the surrounding rock. Concurrently, hydro-/geochemical parameters will be monitored alongside heat propagation within both water and rock.
Furthermore, laboratory-scale flow-through column experiments and batch tests will be conducted at defined temperatures (approximately 5 °C to 50 °C) using various combinations of rock types and mine water compositions. These experiments aim to identify the scales, types, and locations of potential mineralization and chemical alterations. Reference materials, sourced from the “Reiche Zeche”, will be compared to materials from Saxonian mines, including “Ehrenfriedersdorf” (a former tin ore mine) and “Lugau/Oelsnitz” (a former hard coal mine).
The ultimate goal of the project is to compile a comprehensive set of applied guidelines for evaluating the feasibility and implementation of MTES in underground mines.
Die thermische Energiespeicherung in Grundwasserleitern (Aquifer Thermal Energy Storage, ATES) hat sich als vielversprechende Technik zur Speicherung von Geoenergie erwiesen. Während sich die meisten ATES-Systeme auf natürliche poröse Aquifere konzentrieren, hat die potenzielle Wiederverwendung ehemaliger unterirdischer Bergwerke für ATES, die als Mine Thermal Energy Storage (MTES) bezeichnet wird, zunehmend an Aufmerksamkeit gewonnen. Viele ATES/MTES-Projekte sind jedoch mit Betriebsproblemen und Ausfällen konfrontiert, darunter Verstopfungen, Mineralausfällungen und Korrosion, die sowohl die geologische Matrix als auch die technische Infrastruktur wie Rohre und Wärmetauscher betreffen. Außerdem können ineffiziente Energierückgewinnungsraten aufgrund von konvektiven und konduktiven Wärmeenergieverlusten über natürliche Systemgrenzen hinweg die Gesamteffizienz beeinträchtigen.
Das laufende Forschungsprojekt „MineATES“ konzentriert sich auf die Erforschung der Möglichkeiten und Beschränkungen, die mit der Nutzung von mit Wasser gefüllten künstlichen Kavernen für die Speicherung thermischer Energie verbunden sind. Konkret wurde im ehemaligen Silberbergwerk „Reiche Zeche“ der TU Bergakademie Freiberg, Deutschland, ein In-situ-Reallabor eingerichtet, um den periodischen Wärmeaustausch zwischen Grubenwasser und dem umgebenden Gestein zu simulieren. Gleichzeitig werden hydro-/geochemische Parameter sowie die Wärmeausbreitung im Wasser und im Gestein überwacht.
Darüber hinaus werden im Labormaßstab Durchflusssäulenexperimente und Batch-Tests bei definierten Temperaturen (ca. 5 °C bis 50 °C) mit verschiedenen Kombinationen von Gesteinsarten und Grubenwasserzusammensetzungen durchgeführt. Ziel dieser Experimente ist es, das Ausmaß, die Art und den Ort einer möglichen Mineralisierung und chemischer Veränderungen zu ermitteln. Referenzmaterialien aus der „Reiche Zeche“ werden mit Materialien aus sächsischen Bergwerken verglichen, darunter „Ehrenfriedersdorf“ (ein ehemaliges Zinnerzbergwerk) und „Lugau/Oelsnitz“ (ein ehemaliges Steinkohlenbergwerk).
Ziel des Projektes ist es, einen umfassenden Leitfaden für die Bewertung der Machbarkeit und den Einsatz von MTES in Untertagebergwerken zu erstellen.
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