Die Transformation des Energiesektors ist essenziell für Österreichs Ziel, bis zum Jahr 2040 Klimaneutralität zu erreichen. Der beschleunigte Ausbau erneuerbarer Energien erfordert einen zusätzlichen Lastenausgleich zwischen Stromverbrauch und -erzeugung, wobei Energiespeicherung, insbesondere thermische Speicherung, ein zentrales Element darstellt. Der Aquifer Thermal Energy Storage (ATES) gewinnt als Technologie zur saisonalen Speicherung großer Wärmemengen zunehmend an Bedeutung, ist jedoch in Österreich noch nicht technologisch oder markttechnisch etabliert. Diese Arbeit untersucht die Grundlagen der thermischen Energiespeicherung und der ATES-Technologie mit Schwerpunkt auf ihrer Integration in Fernwärmenetze. Sie bewertet das Potenzial von ATES in einem konkreten Anwendungsfall, anhand des Projektes ATESREF, welches die Implementierung einer solchen Speicherlösung im Raum Fürstenfeld untersucht, unter Verwendung der Modellierungssprache Modelica und der Simulationsumgebung Dymola. Die Arbeit umfasst die Erstellung eines Basismodells des Fernwärmenetzes mit integriertem ATES. Die übergeordneten Ziele des Projektes sind die Bewertung der Machbarkeit der ATES‑Integration, die Ermittlung optimaler Betriebsstrategien sowie die Bewertung der Auswirkungen auf die Effizienz und Nachhaltigkeit des Netzes. Die Ergebnisse der Simulation liefern Erkenntnisse über das thermische Verhalten des ATES-Systems und tragen zur Wissensbasis für den Einsatz von ATES bei, während sie gleichzeitig entscheidende Informationen für Entscheidungen über dessen Rolle in nachhaltigen Energiesystemen liefern und damit die Grundlage für die Erreichung der Ziele des Projektes darstellen.

Diese Masterarbeit untersucht das Wärmeübertragungsverhalten mithilfe einer sogenannten Computational Fluid Dynamics-Simulation (CFD-Simulation), in einem Rohrbündel-Wärmeübertrager. Dieser Apparatetyp wird sehr häufig im industriellen Anlagenbau eingesetzt. Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, ein Modell für die thermofluiddynamische Simulation des Rohrbündel- Wärmeübertragers zu entwickeln und hinsichtlich der Strömungs- und Temperaturverläufe zu untersuchen. Die gewonnenen Erkenntnisse werden zur Entwicklung weiter optimierter Simulationsmodelle und Geometrien verwendet. Diese Simulationsmodelle werden ebenfalls in Bezug auf die Strömungs- und Temperaturverläufe untersucht einem dem Vorgabemodell verglichen. Die Umsetzung dieser Masterarbeit verlangt die Anwendung der unterschiedlichen Wärmeübertragungsarten und Überlegungen aus der Strömungslehre. Für die numerische Strömungssimulation des Modells sind die Grundlagen der numerischen Strömungsberechnung anzuwenden. Ein vereinfachtes Simulationsmodell wird entwickelt, um die Strömungs- und Temperaturverläufe bei konstanten Betriebsbedingungen zu zeigen. Die Optimierung der Geometrie kann die Leistungsfähigkeit erhöhen. Die Anwendung von numerischen Strömungsberechnungen geben Aufschluss über das Verhalten von Strömung und Temperatur und erlauben belastbare Aussagen über die Auslegung und Optimierung von Rohrbündel-Wärmeübertragern.