Speicherkavernen für Erdöl und Erdgas wirtschaftlicher nutzen

Erdöl und Erdgas werden weltweit in Speicherkavernen im Salzgestein bevorratet. Rund 250 solcher Kavernen gibt es derzeit in Deutschland, weitere befinden sich in Bau oder Planung. Sie dienen dem Ausgleich zwischen konstanter Förderung einerseits und dem von der Außentemperatur, der Tageszeit und der Konjunktur stark abhängigen Verbrauch der Energierohstoffe andererseits und sollen in Krisenzeiten eine Rohstoffreserve vorhalten. Mit einem neuen Auslegungskonzept können Professor Dr.-Ing. Karl-Heinz Lux, Dr.-Ing. Uwe Düsterloh und Dr.-Ing. Zhengmeng Hou, Professur für Deponietechnik und Geomechanik, nun bislang in der Tragwerksplanung nicht genutzte Sicherheitsreserven der Tragfähigkeit des Salzgesteins in die Kavernenauslegung einbeziehen und so eine höhere Ausnutzung der Kavernen erzielen. Das Konzept, in den theoretischen Grundlagen 1999 publiziert, hat nun bei der Auslegung von Kavernen an drei Standorten Eingang gefunden. Ihre Ergebnisse stellen die Wissenschaftler in der im Mai erscheinenden Ausgabe der Fachzeitschrift Erdöl/Erdgas/Kohle vor. (Heft 5/6, Jahrgang 2002, „Erhöhung der Wirtschaftlichkeit von Speicherkavernen durch Anwendung eines neuen Entwurfs- und Nachweiskonzeptes“)

In den klassischen Auslegungskonzepten wird der Übergangsbereich von der Dauerfestigkeit bzw. dem Auftreten erster Gefügeschädigungen bis zur Bruchfestigkeit nicht eigens messtechnisch erfasst und berechnet, sondern nur indirekt aus dem zeitabhängigen Spannungs-Verzerrungs- und dem Kriechverhalten des Salzgesteins erschlossen. Mit dem neuen Konzept wird dieser Bereich quantifizierbar, so dass bisher nicht nutzbare Tragreserven im Rahmen der Kavernenauslegung berücksichtigt werden können. Dies erlaubt, die zulässige Minimaldruckgrenze nach unten zu verschieben oder Standzeiten zu verlängern, so dass entscheidende wirtschaftliche Kenngrößen von Kavernen optimiert werden können.

Für die laborative Festlegung einer beginnenden Gefügeschädigung – der sogenannten Dilatanzfestigkeit – werden Triaxialversuche an zylindrischen Salzprüfkörpern unter variierten Belastungsrandbedingungen durchgeführt. Während der Versuche wird in Erweiterung klassischer Untersuchungen die Änderung des Prüfkörpervolumens messtechnisch erfasst als integrales Maß für die Gefügeschädigung. Zusätzlich werden die Prüfkörper mit Ultraschall durchschallt und mit Stickstoff durchströmt. Die Änderung der Laufgeschwindigkeit des Schalls, die Gasdurchtrittsrate und die Volumenvergrößerung pro Zeiteinheit sind ein Maß feinster Rissentwicklungen und damit der ersten Gefügeschädigung des Salzgesteins.

Im Vergleich zu den bislang üblichen Stoffmodellen ist die Anzahl der zu messenden Parameter deutlich erhöht. Sie können aber parallel zu den klassischen Kriech- und Festigkeitsversuchen ermittelt werden, wenn die eingesetzten Prüfmaschinen entsprechend ertüchtigt werden .

In ihrem Aufsatz stellen die Wissenschaftler abschließend an einem konkreten Fall die Unterschiede zwischen klassischer und neuer Berechnung vor; mit dem neuen Modell ist ein deutlich geringerer Minimaldruck nachweisbar, ein ökonomisches Plus für den Speicherkavernenbetrieb.

Weitere Informationen:
Institut für Aufbereitung und Deponietechnik
Dr.-Ing. Uwe Düsterloh
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Fax: 05323 72 2341
E-Mail: uwe.duesterloh@tu-clausthal.de