title: Konzeption eines Herstellungsverfahrens für Stülpmembranspeicher mit etablierten Techniken
Creators: name: Doll, Jonas Levi
Publisher: name: Technische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm
Year: 2025
Subjects: subject: 6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften

description: In dieser Arbeit wird ein Konzept zur Herstellung eines Stülpmembranspeichers unter Verwendung etablierter Bautechniken entwickelt. Ein Stülpmembranspeicher ist ein unterirdischer, thermisch aktivierter Lageenergiespeicher, bei dem ein Bodenmassekolben durch Wasser hydraulisch angehoben wird. Dabei wird Wärme in der thermischen Speicherkapazität des Wassers und potenzielle Energie in der Höhenlage des Bodenmassekolbens gespeichert. Diese potenzielle Energie kann wieder in elektrische Energie umgewandelt werden. Die Herstellung des Bodenmassekolbens erfolgt unterirdisch und besteht aus zwei zentralen Schritten:
1. Horizontalen Freilegung des Kolbens
2. Erstellung des Ringspalts.
Die Freilegung wird mittels klassischer bergbaulicher Techniken wie Tunnelsystemen, Injektionen, Stahlstützen und Seilsägen realisiert. Der Ringspalt wird durch einen äußeren Schlitzwandring und den Aushub bis zur temporären Standfestigkeit des Gesteins hergestellt. Der Zylinder und die Kolbenwand werden mit vorgebogenen Stahlblechen verkleidet und anschließend mit Beton hinterfüllt.
Der oberirdische Teil des Speichers besteht aus einem Stahltank, der einem Fernwärmespeicher ähnelt und für die zusätzliche Belastung durch die Kolbenauflast ausgelegt ist.
Das erarbeitete Konzept zeigt, wie ein Stülpmembranspeicher hergestellt werden kann. Wirtschaftliche Aspekte wurden nicht untersucht. Im nächsten Schritt sollten die Materialmengen eines vollständig ausgebauten Stülpmembranspeichers ermittelt werden, um ihn mit anderen Energiespeichersystemen in Bezug auf Speicherkapazität, Wirkungsgrad, Materialverbrauch, Lebensdauer und CO2 - Ausstoß zu vergleichen. Dabei ist besonders zu berücksichtigen, dass der Stülpmembranspeicher sowohl thermische als auch potenzielle Energie speichern kann. Daher sollten die Vergleiche mit Speichersystemen erfolgen, die ebenfalls Energien für Strom- und Wärmenetz speichern können. Nur durch eine ganzheitliche Betrachtung kann eine erfolgreiche und ökologische Energietransformation gelingen.
description: This thesis develops a concept for the production of a thermal pumped piston storage (TPPS) using pre-existing construction techniques. A TPPS is an underground, thermally activated potential energy storage system in which a soil mass piston is raised by water. Heat is stored in the thermal storage capacity of the water and potential energy is stored in the height of the soil mass piston. This potential energy can then be converted back into electrical energy. The production of the soil mass piston consists of two central elements:
1. horizontal exposure
2. annular gap.
The exposure is carved out using classic mining techniques such as tunnel systems, injections, steel supports, and wire saws. The annular gap is created using an outer diaphragm wall ring before excavating the area until the maximum depth of temporary rock stability. The cylinder and the piston wall are then clad with pre-bent steel sheets and backfilled with concrete.
The external structure of the TPPS consists of a steel tank that resembles a district heating storage tank and is designed for the additional load caused by the piston load.
This thesis illustrates how a TPPS can be constructed. The analysis does not include economic factors. For the next step, the material quantities of a fully developed TPPS should be determined in order to compare it with other energy storage systems regarding storage capacity, efficiency, material consumption, service life, and CO2 emissions. Special consideration must be given to the fact that a TPPS can store both thermal and potential energy. Comparisons should therefore be made with storage systems that can also store energy for electricity and heating networks. A successful and ecological energy transformation can only be achieved by holistically considering all possible factors i.e., technological, social, environmental, political, and economical.