Status der Entwicklung des adiabaten Druckluftspeichers ADELE

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1 Status der Entwicklung des adiabaten Druckluftspeichers ADELE Leopoldina-Symposium, 6. Februar 2014, Halle Innovative Kraftwerkstechnik, Forschung und Entwicklung, RWE Power AG Seite 1

2 ADELE Das Konzept Reiner Stromspeicher Minimierung der Verluste Laden Kompression mit Zwischenkühlung Expansionsturbine P e l Minimierung der Verlustwärme Lufteinlass Entladen P el Luftauslass M G RWE Power Aktiengesellschaft, Innovative Kraftwerkstechnik, Dr. Peter Moser Seite 2

3 ADELE Das Konzept Zielgrößen und Standortpotentiale ADELE Adiabate Druckluftspeicher für die Energieversorgung Zielgröße für kommerzielle Anlage: ca. 240 MW leistung ca. 260 MW nleistung ca. 1 GWh Speicherkapazität ( 4 n-volllaststunden) keine CO 2 -Emission Wirkungsgrad 70% Spezifische Kosten wie Pumpspeicher ADELE ist ein Tagesspeicher Vorkommen von Salzlagerstätten Windgeschwindigkeit in 50 m Höhe Geschwindigkeit m/s Regionen mit geeigneten Salzlagerstätten Ausbaupotential für adiabate Druckluftspeicher in Deutschland ca. 30 GW mit starker regionaler Korrelation zum Ausbau von Windenergieanlagen RWE Power Aktiengesellschaft, Innovative Kraftwerkstechnik, Dr. Peter Moser Seite 3

4 (heiß) Aftercooler HD- ND ND- HD- ND- (kalt) ADELE-ING Ausgangskonzept ADELE Basis-Konzept: Hochtemperatur-Regenerator- 6,5 h 240 MW el ND Zwischenkühler Intercooler HD Temperatur 650 C Druck 65 bar 70% Nachkühler Aft ercooler M / G HT - HD Wärme - speicher 4 h 260 MW el Case 7 Kostenreduktionspotentiale: 1. Niedrigere Prozesstemperaturen (günstigere Materialien für Rohrleitungen, Armaturen und Turbomaschinen) 2. Innenisolierte Heißgasleitungen (günstigere Materialien für Rohrleitungen, robust gegen thermischen Stress) 3. in einem Sekundärkreislauf (Trennung des Problems Druckspeicherung und HT-ung ) Luftstrom 300 kg/s K avern e 4. ung (fest/flüssig) Schmelzsalz-, speicher Konzept zu teuer 5. Mehrstufiges Konzept (zweimalige Wärmeentnahme auf niedrigem Temperaturniveau, günstigere Materialien, Standardkomponenten) M/G RWE Power Aktiengesellschaft, Innovative Kraftwerkstechnik, Dr. Peter Moser Seite 4

5 Das Entwicklungsprogramm ADELE RWE Power Aktiengesellschaft, Innovative Kraftwerkstechnik, Dr. Peter Moser Seite 5

6 ADELE-ING acht Partner, sechs Arbeitspakete AP1 Koordination AP6 AP2 Systemintegration AP5 Turbomaschinen AP3 Gesamtplanung AP4 RWE Power Aktiengesellschaft, Innovative Kraftwerkstechnik, Dr. Peter Moser Seite 6

7 ADELE-ING Konzept-Review Technisch-wirtschaftlicher Vergleich von zehn alternativen Anlagenkonfigurationen: > Temperaturniveau: 550, 610, 650, ca. 300 C > Innenisolierte Rohrleitung, Stahlrohrleitungen > mit Entkopplung Druck / hohe Temperatur > medium Schüttung, Öl, Salzschmelze Hochtemperatur- Regenerator- Regenerator- im Sekundärkreislauf Schmelzsalz-/ - Mehrstufiger Prozess mit Niedrigtemperatur- ND HD M/ G ND HD M/ G ND HD M/ G ND Intercooler Aftercooler HT-HD Intercooler Gas-Gas Wärmeübertrager Aftercooler HT-ND Salzschmelze (heiß) (heiß) Aftercooler Salzschmelze (kalt) (kalt) Intercooler ND- (heiß) HD- Aftercooler M/G HD- ND- (kalt) Ziel: Identifikation und Bestätigung des endgültigen ADELE-ING-Designs RWE Power Aktiengesellschaft, Innovative Kraftwerkstechnik, Dr. Peter Moser Seite 7

8 ADELE-ING Konzept-Review Für alle Varianten wurden erarbeitet: > Anlagenkonzept auf Basis gemeinschaftlich entwickelter Prozessfließbilder / R&I-Schemata > Rohrleitungs- und Komponentendimensionierungen sowie Materialauswahl > Aufstellungspläne, Flächenbedarfe und Rohrleitungslängen > Wirtschaftliche Bewertung, Verfügbarkeits- und Risikoanalyse Subsystem 1 Wärmeübertrager Subsystem 2 Anlagenebene Sehr hoher Detaillierungsgrad und genaue Kostenschätzung RWE Power Aktiengesellschaft, Innovative Kraftwerkstechnik, Dr. Peter Moser Seite 8

9 ADELE-ING Konzept-Review Kostenreduzierung durch Druckabsenkung 65 bar Auslegung Konzept Validierung im Großversuch - Design ca. 24 m D ca. 50 m 15 bar D Kostenreduktion wichtigstes Entwicklungsziel Kostenreduktionspotential durch Druckabsenkung Senkung technisches Risiko durch Absenkung T und p RWE Power Aktiengesellschaft, Innovative Kraftwerkstechnik, Dr. Peter Moser Seite 9

10 ADELE-ING: Erste Konzeptvorauswahl Mitte 2013 (WS) mit Flüssig- und Feststoff-Inventar Schmelzsalz WS Niedertemperatur, mehrstufig WS ND HD M/ G Intercooler Salzschmelze (heiß) Salzschmelze (kalt) ND (heiß) Aftercooler (kalt) ND- HD- M/G HD- ND- Niederdruck Feststoff WS (heiß) (kalt) Hochdruck WS: Aftercooler (flüssig) (fest) Die drei Vorzugsvarianten verhalten sich technisch und ökonomisch sehr ähnlich und wurden mit hoher Detailschärfe weiterentwickelt. RWE Power Aktiengesellschaft, Innovative Kraftwerkstechnik, Dr. Peter Moser Seite 10

11 ADELE-ING: Investitionskosten & Wirkungsgrade Ergebnisse der ersten Auswahlrunde: Kostenschätzung 1. Auswahlrunde [M ] 65,8% 65,8% 64,8% 66,8% 62,8% 62,2% 65,5% 65,1% 69,0% 67,9% Wirkungsgrad Drei bevorzugte Konzepte ausgewählt für weitere Untersuchungen Finale Kostenschätzung Meilenstein 1 [M ] 66,2% 66,8% 67,9% Wirkungsgrad Optimierung der drei Konzepte in zweiter Jahreshälfte 2013: - weitere Kostenreduktion erreicht - Kosten wurden weiter detailliert RWE Power Aktiengesellschaft, Innovative Kraftwerkstechnik, Dr. Peter Moser Seite 11

12 Fazit 1 - Technische Entwicklung von ADELE > Technische Ziele der Phase 1 von ADELE-ING wurden erreicht: Aus insgesamt zehn technischen Verfahrensvarianten wurden drei favorisierte Anlagenkonzepte ausgewählt. Die technische Machbarkeit wurde bestätigt und eine Vielzahl von potentiellen Standorten in Deutschland identifiziert. Investitionskosten < /kw el Wirkungsgrad 66% bis 68%. > Adiabate Druckluftspeicher stellen eine Alternative zu Pumpspeichern dar. RWE Power Aktiengesellschaft, Innovative Kraftwerkstechnik, Dr. Peter Moser Seite 12

13 Wirtschaftlichkeitsvergleich der drei besten ADELE-Konzepte: Basis: Historische Strompreisreihen (2008, 2011, 2012) Interner Zinsfuß (nach Steuern) + Case 7 Case 9-2.9% -2.5% -1.0% -0.8% 2.7% 2.9% Case % -0.5% 3.1% real konstante Fortschreibung der maximal möglichen Deckungsbeiträge aus den Jahren 2008, 2011 und 2012 über die Lebensdauer Methodik Deckungsbeiträge auf Basis stundenscharfer Strompreiskurven (historische EEX Spotmarktpreise) Nur Erlöse am Wholesale-Markt angenommen. Potentielle Regelenergie-Erlöse nachrangig: Schrumpfendes Marktvolumen, sinkende Preise und ungewisse Marktregularien. IBN 2020, Lebensdauer 40a Renditeanforderungen werden nicht erfüllt RWE Power Aktiengesellschaft, Innovative Kraftwerkstechnik, Dr. Peter Moser Seite 13

14 ADELE-ING - Wirtschaftlichkeit Verfall der Preis-Spreads trifft nicht nur alle Speicher August Ausblick Wirtschaftlichkeit Historische Spreads: /MWh Ø 6 h niedrigste pro Tag Ø 4 h höchste pro Tag ,76 61, ,20 93, ,44 55, ,29 58,06 RWE Power Aktiengesellschaft, Innovative Kraftwerkstechnik, Dr. Peter Moser Seite 14

15 ADELE-ING - Wirtschaftlichkeit sondern auch Konkurrenztechnologien Einsatz von Spitzenkraftanlagen: 400 MW GuD-Kraftwerk in den Jahren 2009 und 2011 Anlagenbetrieb Juni/Juli 2009 Anlagenbetrieb Juni/Juli 2011 Konsequenz mittelfristig: Stilllegungen oder Rückbau RWE Power Aktiengesellschaft, Innovative Kraftwerkstechnik, Dr. Peter Moser Seite 15

16 Fazit 2 - Wirtschaftlichkeit von ADELE und anderen Stromspeichern derzeit nicht gegeben > Die Wirtschaftlichkeit ist unter gegebenen Marktbedingungen nicht erreichbar und die zukünftige Entwicklung unsicher. Dies gilt nicht nur für den adiabaten Druckluftspeicher, sondern allgemein für (nicht subventionierte) Stromspeicher. > Bei dem sehr hohen Investitionsvolumen sind die Risiken für die Realisierung einer first-of-its-kind -Demonstrationsanlage beim derzeitigen Strompreisniveau zu hoch. > Die Ausrichtung der Technologieentwicklung im Rahmen von ADELE-ING ist entsprechend mit dem Ziel neu zu justieren, die zukünftige Einnahmesituation zu untersuchen und weiter zu optimieren. RWE Power Aktiengesellschaft, Innovative Kraftwerkstechnik, Dr. Peter Moser Seite 16