Zur Wärmeerzeugung aus Erneuerbaren Energien bieten sich unterschiedlichste Technologien an. Häufig ist die so erzeugte Wärme jedoch an ihrem Entstehungsort ohne weiträumige Verteilungsnetze nicht direkt nutzbar, da das Energieangebot tageszeitlich und saisonal schwankt und der Energiebedarf häufig zeitversetzt auftritt. Während zum Ausgleich tageszeitlicher Schwankungen hinreichend effiziente Pufferspeichertechnologien einsetzbar sind, stellt die saisonale Wärme- als auch Kältespeicherung einen wesentlichen Schritt hin zur Steigerung des Nutzungspotenzials Erneuerbarer Energien dar.
Für die Speicherung von Wärmeenergie ist stets ein bestimmtes Speichermedium bzw. Wärmeträger nötig, um die Wärme über längere Zeiträume speichern zu können. Wärmeenergie kann dabei auf drei unterschiedliche Weisen gespeichert werden:
- Speicherung als sensible Wärme: Wärme wird einem Energieträger (meistens Wasser) zugeführt, mit der Folge, dass sich dessen Temperatur verändert
- Speicherung als latente Wärme: Die dem Energieträger zugeführte Wärme führt zur Änderung seines Aggregatzustandes (meistens von fest zu flüssig), ohne dass sich dabei die Temperatur verändert
- Speicherung als chemische Energie: Energieträger wie Holz, Kohle, Gas oder Öl werden (meist durch Verbrennung) physisch verändert
Eine effiziente Langzeitwärmespeicherung bietet das Grundwasser. Um die Wärme im Grundwasser zu speichern, wird zunächst einem Brunnen Grundwasser entnommen, das Übertage z. B. solarthermisch erwärmt wird. Das so erwärmte Grundwasser wird nun über eine zweite Bohrung in den gleichen Grundwasserleiter zurückgeführt. An der Injektionsbohrung entsteht in der Folge eine Wärmeblase, die bei Umkehr der Förderrichtung im Winter wieder abgebaut wird. Der Antrieb des Wasserkreislaufs erfolgt über Pumpen, mit denen beide Bohrungen ausgestattet sind und das Durchströmen der Anlage in beide Richtungen erlauben.
Beide Bohrungen sollten je nach Grundwasserströmungsrichtung, Fließgeschwindigkeit und Umfang der geplanten Wärmespeicherung in ausreichendem Abstand von einander eingebracht werden, um einen "thermischen Kurzschluss" (gegenseitige Beeinflussung) zu verhindern. Grundwasser-Wärmespeicher benötigen einige Jahre bis ein "eingeschwungener" Zustand erreicht wird. Ein Grundwasser-Wärmespeicher ist ebenfalls für Klimatisierungszwecke im Temperaturniveau von 5°C - 15°C einsetzbar. Dabei kann dem Grundwasserleiter im Winter auch Kälte zugeführt werden, sodass eine Kälteblase resultiert, die im Sommer zum Kühlen genutzt werden kann.
