Grubenwasser stellt eine nachhaltige, bisher nur gering genutzte Wärmequelle dar, die in geeigneten Regionen für große Wärmemengen technisch, wirtschaftlich und ökologisch erschließbar ist. Die Nutzbarmachung dieses Potenzials bietet zudem die Chance Grubenwässer als Energiespeicher für die thermische Energieversorgung auszulegen, Abwärmepotenziale oder saisonale Quellen, wie Solarthermie können zur Dekarbonisierung der Energieversorgung erschlossen werden, indem diese saisonal im Grubenwassergespeichert werden. Für die Inwertsetzung von Grubenwasser insbesondere in Bezug auf die Wärmespeicherung ist die Identifikation und Bewertung möglicher Standorte sowie die technische Integration solcher Systeme in die bestehenden bergbaulichen Strukturen wichtig.

Zur Ermittlung der Effizienz und zur Analyse der Funktionsweise von Grubenwasserwärmespeichern wurde im Forschungs- und Lehrbergwerk „Reiche Zeche“ (Erzbergbau Freiberg) ein Reallaborlabor errichtet, bei dem über einen mobilen Wärmepumpenversuchsstand zyklisch Wärme in ein Speicherbecken eingebracht oder entzogen wurde. Durch Messsensoren für Temperatur und Volumenstrom wurde die zeitliche Entwicklung der Wasser- und Gesteinstemperatur, sowie die ein- und ausgespeicherte Leistung ermittelt. Zusätzlich wurden technischen Komponenten wie Wärmepumpe, Wärmeübertrager und Rohrleitungen überwacht, um Schlussfolgerungen für den späteren Betrieb einer solchen Anlage zuziehen. Über einen Zeitraum von 1,5 Jahren wurden insgesamt 4 Heiz- und Kühlzyklen durchlaufen. Zudem konnten verschiedene Randparameter sowie Einflussfaktoren, einschließlich einer unbekannten Unterströmung im Wasser und Verluste an die Umgebungsluft, quantifiziert werden.

Bei den Versuchen konnten thermische Speicherwirkungsgrade von mehr als 50 % erzielt werden. Die Ermittlung der bilanziellen Wärmespeicherung sowie der Verluste erfolgte auf Grundlage der aufgezeichneten Daten. Mithilfe der Temperaturkurven konnten die Erwärmungs- und Abkühlungsprozesse in der Gesteinswand erfasst und die Entzugsprozesse über das Grubenwasser analysiert werden. Es kann gezeigt werden, dass die Verluste aus dem Wasser aufgrund von einer Strömung ca. 35% betragen. Die Resultate dienen als Grundlage für die Planung und Optimierung der Auslegung zukünftiger Anlagen und deren Speicherkapazität.

Die gewonnenen Ergebnisse dienen als Grundlage für Potenzialanalysen weiterer stillgelegter Bergwerke im Raum Sachsen und Thüringen. Sie können eine zentrale Rolle bei der Transformation der Energieversorgung dienen und zumindest anteilig eine saisonale Wärmespeicherung ermöglichen.