PROJEKTENTWICKLUNG. Wasserspeicherkraftwerke Deutschland

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1 PROJEKTENTWICKLUNG Wasserspeicherkraftwerke Deutschland

2 Dr. Markus Hakes, Projektleiter Wasserspeicherkraftwerke Deutschland STADTWERKE GESTALTEN DIE ENERGIEWENDE, DAS IST EIN ZENTRALES ANLIEGEN UNSERER GESELLSCHAFTER. DIE CO 2 -ARME ENERGIEVERSORGUNG DER ZUKUNFT STEHT IM MITTELPUNKT UNSERER AKTIVITÄTEN. DABEI BETRACHTEN WIR DAS THEMA GANZHEITLICH. IM BEREICH ERZEUGUNG BAUEN WIR WINDPARKS AUF SEE UND AN LAND, WEITERHIN PROJEKTIEREN WIR HOCHFLEXIBLE KRAFTWERKE UND SPEICHER. DABEI SETZEN WIR AUF WASSERSPEICHERKRAFTWERKE, DIE SEIT ÜBER 80 JAHREN DIE EFFIZIENTESTE GROSSTECHNISCHE STROMSPEICHERTECHNOLOGIE WELTWEIT DARSTELLEN. SIE AGIEREN KLIMANEUTRAL, HABEN HOHE WIRKUNGSGRADE, SIND SCHWARZSTARTFÄHIG UND DIENEN DER SYSTEMINTEGRATION UND DER SYSTEMSTABILITÄT. SIE SIND NICHT NUR IDEALE ERGÄNZUNGEN FÜR DIE FLUKTUIERENDEN ERNEUERBAREN ENERGIEN, SONDERN AUCH EIN IDEALER BAUSTEIN FÜR DEN ZUKÜNFTIGEN ENERGIEMIX IN DEUTSCHLAND.

3 Der Umbau im Bereich der Energieerzeugung führt zu der Frage, wie flexible Regelkraftwerke wie Wasserspeicherkraftwerke heute und in Zukunft wirtschaftlich betrieben werden können. Trianel geht wie die VDE Studie Energiespeicher in der Stromversorgung davon aus, dass Wasserspeicherkraftwerke auch in Zukunft die geringsten Vollkosten aufweisen werden. Moderne Wasserspeicherkraftwerke werden so eingesetzt, dass sie ihre Erlöse nicht nur aus der Spotvermarktung generieren, sondern auch im Bereich der Regelenergie und im Kurzfristhandel punkten. Zusätzliches Potenzial zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit liegt in der Bereitstellung von Systemdienstleistungen. Die Energie von morgen VERGLEICH DER VOLLKOSTEN FÜR SPEICHERSYSTEME (STUNDENSPEICHER) Erneuerbare Energien sollen nach dem Willen der Bundesregierung bis 2020 mindestens 35 Prozent der deutschen Stromversorgung abdecken. Viele Bundesländer haben sich noch ehrgeizigere Ziele gesteckt und eigene Ausbauvorgaben definiert. Darunter sind auch Nordrhein-Westfalen und Thüringen. In diesen Bundesländern plant Trianel derzeit an zwei geeigneten Standorten Wasserspeicherkraftwerke, die als Regelkraftwerke für die Energiewende von großer Bedeutung sind. Die Pläne von Trianel stehen in beiden Bundesländern im Einklang mit den angestrebten Ausbauzielen. Beide Länder sind sich einig, dass zusätzliche Speicherkapazitäten notwendig sind, um die Schwankungen durch die vermehrte Stromerzeugung aus Wind und Sonne auszugleichen. Unabhängig voneinander haben beide Bundesländer Potenzialanalysen zur Nutzung von bestehenden Talsperren erstellt, die mögliche Standorte für weitere Wasserspeicherkraftwerke sein könnten. Wasserstoff Druckluft (adiabatisch) > 10 Jahre heute > 10 Jahre heute Wasserspeicherkraftwerke werden benötigt um Spitzen und Täler beim Stromverbrauch im Stundenoder Tagesbereich auszugleichen, sie integrieren Wind- und Solarenergie ins Netz. Das historische Bewirtschaftungsmodell, bei dem nachts überschüssiger Strom aus dem Netz zum Pumpen genutzt und tagsüber in Spitzenzeiten dieser durch Turbinieren bereitgestellt wird, ist durch den hohen Anteil von erneuerbarer Erzeugung nur noch ein Baustein der Wirtschaftlichkeit. Der schnelle Ausbau der erneuerbaren Energien führt dazu, dass es mittelfristig eine deutliche Flexibilisierung der Erzeugungs- und Nachfragesysteme geben muss, dabei kommt es insbesondere auf den Einsatz und den Ausbau von Stromspeichern an. Pumpspeicher Kosten [ ct / kwh] abhängig vom Standort Grafik nach Energiespeicher in Stromversorgungssystemen mit hohem Anteil erneuerbarer Energienträger, Seite 119, Energietechnische Gesellschaft VDE (ETG), Frankfurt 2009.

4 Trianel als Projektentwickler für Stadtwerke in der Energiewende Weltweit werden 99 % der bereits heute vorhandenen Speicherkapazitäten von Wasserspeicherkraftwerken bereitgestellt. Hiervon befinden sich etwa 6,5 GW in Deutschland verteilt auf 30 Kraftwerke. Die Kapazität der deutschen Pumpspeicherkraftwerke beträgt derzeit ca. 40 GWh. In der VDE Studie Erneuerbare Energie braucht flexible Kraftwerke Szenarien bis 2020 fordern die Verfasser in den Handlungsempfehlungen einen rascheren Ausbau der Kurzzeit- und Tagesspeicherkapazitäten. Hier werden explizit Pumpspeicher benannt. Der Szenariorahmen für den Netzentwicklungsplan von 2013 geht von einem Zubau von 4,4 GW bis zum Jahr 2023 aus. Auf europäischer Ebene werden laut einer Studie des Beratungsunternehmens ecoprog in Europa mehr als 60 neue Pumpspeicherkraftwerke entstehen. Aktuell sind rund 170 große Pumpspeicherkraftwerke in Europa in Betrieb. In den kommenden zehn Jahren werde sich dieser Bestand auf mehr als 230 Anlagen erhöhen (IWR, 2011). Die Energieexperten sind sich einig, dass mit dem verstärkten Ausbau der regenerativen Energien mehr Speicherleistung benötigt wird. Diese Leistung kann nur mit, aber nicht ausschließlich durch Pumpspeicher erbracht werden. Somit ist dieser Kraftwerkstyp je nach geografischer Lage nicht nur innerhalb des deutschen Stromnetzes ein zentraler Baustein der Energiewende, sondern auch in den europäischen Nachbarländern. IM GEGENSATZ ZU THERMISCHEN KRAFTWERKEN SIND PUMPSPEICHER TECHNISCH IN DER LAGE, REGELLEISTUNG BEREITZUSTELLEN, OHNE SICH ROTIEREND AM NETZ ZU BEFINDEN. DAMIT KÖNNEN SIE EINEN WICHTIGEN BEITRAG ZUR REDUKTION KONVENTIONELLER MUST-RUN-UNITS UND ZUR INTEGRATION DER EE LIEFERN. Langfristszenarien und Strategien für den Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland bei Berücksichtigung der Entwicklung in Europa und global, Schlussbericht BMU - FKZ 03MAP146, März 2012 Der schnelle Ausbau der erneuerbaren Energien auf der einen Seite und auf der anderen Seite die Abschaltung zahlreicher konventioneller Kraftwerke wird zu einer deutlichen Veränderung des Erzeugungsmarktes und damit auch der Preise führen. Daher haben sich über 40 Stadtwerke gemeinsam mit Trianel schon 2009 entschieden, aufgrund der langen Vorlaufzeiten strategisch die Option eines eigenen Wasserspeicherkraftwerkes zu entwickeln. Aus einer deutschlandweiten Standortsuche sind nach einer methodischen Abschichtung zwei Top-Standorte ausgewählt worden. Diese wurden in einem über zweijährigen Prozess nach genehmigungsrechtlichen und wirtschaftlichen Aspekten aus ursprünglich über potenziellen Standorten identifiziert. Die beiden ausgewählten Standorte befinden sich derzeit in den landesplanerischen Genehmigungsverfahren. Am Standort Nethe im Kreis Höxter sind das Regionalplanänderungsverfahren und das Raumordnungsverfahren bereits im Dezember 2012 erfolgreich abgeschlossen worden. Am Standort Schmalwassertalsperre im Thüringer Wald wird das Raumordnungsverfahren voraussichtlich im Jahr 2014 abgeschlossen. Für beide Standorte wird ausgehend von der aktuellen Erlössituation und der erwarteten Marktentwicklung in den nächsten zehn Jahren eine sehr gute Wirtschaftlichkeit zum möglichen Zeitpunkt der Inbetriebnahme der Anlagen (nach 2022) erwartet. Die sehr langfristig angelegte eigene Projektentwicklung bietet die Chance, Optionen zu schaffen und zum geeigneten Zeitpunkt umzusetzen. IDEEN. GEMEINSAM. UMSETZEN.

5 IDEEN. GEMEINSAM. UMSETZEN. Wasserspeicherkraftwerk Nethe Saubere Energie im Weserbergland in Ostwestfalen ist ein Wasserspeicherkraftwerk mit einer Leistung von 390 MW projektiert. Unter- und Oberbecken liegen auf dem Gebiet der Städte Beverungen und Höxter. Das Oberbecken mit einer Fläche von 35 Hektar befindet sich zwischen den Ortsteilen Ottbergen und Bosseborn, auf Höxteraner Gebiet. Nordöstlich von Amelunxen, auf Beverunger Flur, würde das größere Unterbecken auf einer zurzeit landwirtschaftlich genutzten Fläche entstehen. ten Maschinenanlagen im Fels befinden, wird bei Schachtkraftwerken mittels Brunnenbautechnik ein senkrechter Schacht gegraben. Die Anlagenteile werden per Kran herabgelassen. Die Investitionssumme liegt bei über 500 Millionen Euro. Das Projekt wird einstimmig von den Räten der Städte Beverungen und Höxter unterstützt. Auch in der Bürgerschaft stoßen die Pläne auf breite Zustimmung. Im Jahr 2012 konnten das Regionalplanänderungsverfahren und das Raumordnungsverfahren in der Rekordzeit von nur 18 Monaten positiv abgeschlossen werden. Das Speichervolumen des geplanten Wasserspeicherkraftwerks Nethe beträgt etwa 4,2 Millionen Kubikmeter, damit können bis zu Megawattstunden eingespeichert werden. Das entspricht der Speicherkapazität von rund 2,7 Millionen 70 Ah Autobatterien, wie sie in aktuellen Mittelklassewagen Verwendung finden. DATEN & FAKTEN Nettoleistung Kraftwerk Speichervolumen Dauervolllastbetrieb 390 Megawatt 4,2 Mio. m3 (Kubikmeter) 6 Stunden Nach dem derzeitigen Planungsstand wird das Wasserspeicherkraft- Fläche Unterbecken (UB) 60 Hektar mit Wallanlagen werk als sogenanntes Schachtkraftwerk errichtet. Im Gegensatz zu Kavernenkraftwerken, bei denen sich die Hohlräume für die benötig- Fläche Oberbecken (OB) Wasseroberfläche Oberbecken/ Unterbecken 35 Hektar 22 Hektar / 46 Hektar Funktionsschema FUNKTIONSSCHEMA Fallhöhe Oberer Betriebswasserspiegel/ Dammoberkante (OB) 220 Meter 343 Meter / 345 Meter Oberbecken und Einlaufbauwerk / Auslaufbauwerk Unterbecken und Druckwasserstollen Transformator Kran Generator Umlegung B64 Bahn Pumpturbine B64 Auslaufbauwerk / Einlaufbauwerk Nethe Unterer Betriebswasserspiegel/ Beckensohle (OB) Oberer Betriebswasserspiegel/ Dammoberkante (UB) Unterer Betriebswasserspiegel/ Beckensohle (UB) Durchfluss 320 Meter / 317 Meter 113 Meter / 115 Meter 103 Meter / 102 Meter ca. 200 m3/s Kraftwerksschacht Unterwasserstollen Netzanbindung 110-kV-Erdkabel, Länge rund 15 km

6 Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser Im Thüringer Wald plant Trianel das Wasserspeicherkraftwerk Schmalwasser. Die Planskizze ist gemeinsam mit der Thüringer Fernwasserversorgung und den Verantwortlichen vor Ort entwickelt worden. Im kommenden Jahrzehnt könnte mit einer Leistung von über MW hier eines der größten Wasserspeicherkraftwerke Deutschlands entstehen. Die Planungen sehen das Wasserspeicherkraftwerk am Standort der Schmalwassertalsperre im Landkreis Gotha bei Nutzung der bestehenden Talsperre als Unterbecken und der Errichtung eines bis zu 10 Millionen Kubikmeter fassenden Oberbeckens vor. Beide Becken sollen mit einem unterirdischen Stollensystem verbunden werden, in dem auch die Maschinenhalle untergebracht wird. Die Höhendifferenz zwischen Unter- und Oberbecken beträgt 300 Meter. Rein rechnerisch hat das Wasserspeicherkraftwerk am Standort Schmalwasser eine Kapazität von über Elektroautos vom Typ BMW i3 oder man müsste 7,1 Mio. Autobatterien (70 Ah) für einen Mittelklassewagen vorhalten. Die Investitionssumme liegt bei rund 1,4 Milliarden Euro. Die Talsperre Schmalwasser wird aufgrund des sinkenden Wasserverbrauchs seit 2005 nicht mehr zur Trinkwassergewinnung genutzt. Die Stadträte in Tambach-Dietharz und Ohrdruf sowie der Gemeinderat Gräfenhain haben einstimmig beschlossen, das Projekt positiv zu begleiten. Als Talsperrenstadt ist Tambach-Dietharz weit über die Grenzen des Kreises Gotha bekannt. Seit 1906 versorgt die Region den Kreis Gotha und Mittelthüringen mit Wasser. Das Raumordnungsverfahren wurde im Frühjahr 2013 eingeleitet und wird voraussichtlich im Jahr 2014 abgeschlossen. DATEN & FAKTEN Nettoleistung Kraftwerk über 1000 Megawatt Speichervolumen 10 Mio. m3 (Kubikmeter) Funktionsschema FUNKTIONSSCHEMA Druckwasserstollen Oberbecken und Einlaufbauwerk / Auslaufbauwerk Transformatorkaverne Generator Maschinenkaverne Pumpturbine Transformator Unterwasserstollen Talsperre Schmalwasser (Unterbecken) und Auslaufbauwerk / Einlaufbauwerk Dauervolllastbetrieb Fläche Unterbecken (UB) Fläche Oberbecken (OB) Wasseroberfläche Oberbecken Fallhöhe Durchfluss Netzanbindung Gesamtwirkungsgrad 6 Stunden 80 Hektar (mit Schmalwasser) rund 76 Hektar rund 45 Hektar rund 285 Meter 460 m3/s rund 35 km, davon ca. 13 km als Erdkabel ca. 80 Prozent

7 DER AUFBAU UND DIE INTE- GRATION VON GROSSEN SPEICHERKAPAZITÄTEN IN DAS ENERGIEVERSOR- GUNGSSYSTEM IST GRUND- VORAUSSETZUNG FÜR EINEN GROSSEN ANTEIL FLUKTUIERENDER ENERGIE- QUELLEN. FVEE-Energiekonzept 2050, Fachausschuss Nachhaltiges Energiesystem 2050 des Forschungs Verbunds Erneuerbare Energien, Berlin 2010 Mehr. Wert. Trianel. Die Trianel GmbH verfolgt seit ihrer Gründung im Jahr 1999 das Ziel, die Interessen der Stadtwerke zu bündeln und dadurch deren Unabhängigkeit und Wettbewerbsfähigkeit im Energiemarkt zu stärken. DEN MIT ABSTAND HÖCH- STEN GESAMTWIRKUNGS- GRAD UND DAMIT NIED- RIGSTEN STROMVERLUST BEI DER SPEICHERUNG UND ENT- LADUNG ERREICHEN DIE TECHNISCH AM AUSGEREIF- TESTEN PSW. Moderne Stromspeicher Unverzichtbare Bausteine der Energiewende, Deutsche Bank Research, Januar 2012 Diese Idee Leistung im Netzwerk zu bündeln ist so erfolgreich, dass ihr mittlerweile über 120 Gesellschafter und Partner aus dem kommunalen Bereich folgen. Zusammen versorgen sie über 10 Millionen Menschen in Deutschland, den Niederlanden, in Österreich und der Schweiz. Damit ist Trianel das führende Stadtwerke- Netzwerk in Deutschland und Europa. Trianel unterstützt Stadtwerke bei ihrer Versorgungsaufgabe. Im Energiehandel und in der Beschaffung wurden gezielt Interessen gebündelt und Synergien geschaffen. Im Laufe der Jahre sind systematisch neue Geschäftsfelder aufgebaut worden. Neben der Energiebeschaffung ist Trianel in der Energieerzeugung, im Energiehandel, in der Gasspeicherung, der Stromspeicherung, aber auch in der Beratung von Stadtwerken aktiv. Die Wettbewerbsfähigkeit der Stadtwerke wird gestärkt. Und damit auch die Finanzlage der Städte und Kommunen, die Eigner der Stadtwerke sind.

8 FUNKTIONSWEISE DER WASSERSPEICHERKRAFTWERKE Die geplanten Trianel Wasserspeicherkraftwerke speichern Energie, indem Wasser aus einem Unterbecken in Zeiten hoher Stromproduktion aus erneuerbaren Energien bei gleichzeitig niedriger Nachfrage (Stromüberschuss) in ein höher gelegenes Oberbecken gepumpt wird. So wird der überschüssige Strom in Form von potenzieller Energie des Wassers gespeichert. Ist im Netz zu wenig Strom vorhanden, kann bei Bedarf das Wasser aus dem Oberbecken durch einen unterirdischen Stollen innerhalb kürzester Zeit wieder abgelassen werden, wobei es Turbinen zur Stromproduktion antreibt. Wasserspeicherkraftwerke sind schwarzstartfähig, d. h. nach einem Netzzusammenbruch sind sie in der Lage, die Stromversorgung wieder aufzubauen. Oberbecken und Einlaufbauwerk / Auslaufbauwerk Transformatorkaverne Talsperre (Unterbecken) und Auslaufbauwerk / Einlaufbauwerk Druckwasserstollen Generator Transformator Maschinenkaverne Pumpturbine Unterwasserstollen Impressum Redaktion: Elmar Thyen, Nicole Kolster Fotos: Goldstein, Kolster Gestaltung: Steffen Wargalla STADTWERKE GESTALTEN DIE ENERGIEWENDE.

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