Energiespeichersysteme im geologischen Untergrund. Dresden 21. November 2011 Dr. Olaf Kruck KBB Underground Technologies GmbH, Hannover

Transkript

1 Energiespeichersysteme im geologischen Untergrund Dresden 21. November 2011 Dr. Olaf Kruck KBB Underground Technologies GmbH, Hannover

2 Inhalt / Gliederung 1. Warum Energiespeicherung (im Untergrund)? 2. Bau und Betrieb von Speichern im geologischen Untergrund 2.1 Kavernen 2.2 Porenspeicher 3. Speicherarten 3.1 Druckluft 3.2 Wasserstoff 4. Zusammenfassung und Fazit 2

3 1. Motivation Kurzfristiges Szenario (bis ~2020): zunehmender Anteil regenerativer/fluktuierender Energie Grundlastabdeckung durch konventionelle Kraftwerke, Residuallast vermehrt durch flexible Gaskraftwerke a) Destabilisierung der Stromnetze Beschränkung der Reg.E.-Einspeisung b) Nicht genutzte Überschussenergie Mittel- und Langfristiges Szenario (bis ~2050): Sehr hoher Anteil an Regenerativer Energie Speicherlücke bei längeren Flauten und bedecktem Himmel Sehr hoher Energieüberschuss bei gutem Wind und Sonnenschein und geringer Last Residuallastabdeckung durch regelbare Kraftwerke mit regenerativer Energie (Wasser, Biogas, Wasserstoff) und Erdgas? 3

4 1. Motivation Umbau der Energiewandlung Primär-Energie-Quellen Energieträger Elektrizität Primär- Energie- Quelle Leistung vs. Zeit Speicher Umwandlung in el. Leistung Leistung vs. Zeit Speicher Netzlast Heute: Speicherung primärer Energieträger vor Umwandlung in Nutzenergie (el. Strom) 4

5 1. Motivation Umbau der Energiewandlung Primär-Energie-Quellen Energieträger Elektrizität Primär- Energie- Quelle Leistung vs. Zeit Speicher Umwandlung in el. Leistung Leistung vs. Zeit Speicher Netzlast? Morgen? Speicherung der primären Energieträger nicht möglich Speicherung nach der Umwandlung! 5

6 Inhalt / Gliederung 1. Warum Energiespeicherung (im Untergrund)? 2. Bau und Betrieb von Speichern im geologischen Untergrund 2.1 Kavernen 2.2 Porenspeicher 3. Speicherarten 3.1 Druckluft 3.2 Wasserstoff 4. Zusammenfassung 6

7 2. Speicher im Untergrund 7

8 2. Speicher im Untergrund - Kavernenbau Erbohren der Salzschichten Aussohlen der Kaverne 8

9 2. Speicher im Untergrund - Kavernenbau Geringe Flächenversiegelung, nach Fertigstellung der Arbeiten 9

10 2. Speicher im geologischen Untergrund 10

11 2. Speicher im geologischen Untergrund Vorteile der Kavernenspeicher: 30 jährige Erfahrung mit Öl- und Erdgasspeicherung Geringer Flächenverbrauch Geringe Speicherkosten Sehr gute Sicherheit und Dichtheit Langzeitstabilität Sehr große Volumina 11

12 2. Salzkavernen Kavernenbau, Voraussetzungen Gasspeicher Fl. CHx-Speicher Tertiäre Mesozoicum Bereich Mesozoicum oberhalb Perm Perm Rotliegend unter Perm > 25 Salzdome > 25 Kavernenfelder > 250 Kavernen 12

13 2. Speicher im Untergrund - Porenspeicher Große Speichervolumina Mehrere Förderbohrungen bereits vorhanden Gutes Vorwissen über Lokation (ausgeförderte Lagerstätte, Dichtigkeit bereits nachgewiesen) 13

14 2. Betrieb Kavernen und Porenspeicher Flexibel Schnelle Förder- und Speicherraten Relativ kleines Volumen Relativ wenig Kissengas notwendig Große Kapazität Langsam Große Mengen an Kissengas notwendig Kann mit Speichergut reagieren Salzkavernen Porenspeicher 14

15 Inhalt / Gliederung 1. Warum Energiespeicherung (im Untergrund)? 2. Bau und Betrieb von Speichern im geologischen Untergrund 2.1 Kavernen 2.2 Porenspeicher 3. Speicherarten 3.1 Druckluft 3.2 Wasserstoff 4. Zusammenfassung 15

16 3. Druckluftspeicher Diabate Schema Huntorf heute: η ~ 42% (diabat) 16

17 3. Energiespeicherarten Druckluftspeicher Huntorf: Ausspeichern: 310 MW * 2h Einspeichern: 60 MW * 8h 2 Kavernen, je: 150,000 m³ Druckbereich: bar

18 3. Advanced Adiabatic CAES - ADELE Wirkungsgrad: = 70 % Kein Zufeuerung notwendig, da Wärmespeicher 18/20

19 Inhalt / Gliederung 1. Warum Energiespeicherung (im Untergrund)? 2. Bau und Betrieb von Speichern im geologischen Untergrund 2.1 Kavernen 2.2 Porenspeicher 3. Speicherarten 3.1 Druckluft 3.2 Wasserstoff 4. Zusammenfassung 19

20 3. Energiekonzept Wasserstoff Erdgas 20

21 3. Speicherkapazität einer H 2 -Kaverne/Pumpspeicher Pumpspeicher Goldisthal V = 12 Mio. m³ P = MW W = MWh 2-Kavernen-Anlage V = 1 Mio. m³ (ges.) P = MW W = MWh Summe aller deutschen Pumpspeicher P = ca MW W = ca MWh Kapazität Goldisthal 21

22 3. Speicherkapazität einer H 2 -Kaverne/Windenergie Alpha-Ventus 12 Windenergie-Anlagen 12 * 5 MW = 60 MW 220 GWh / Jahr 2-Kavernen-Anlage V = 1 Mio. m³ (ges.) W = 280 GWh Wasserstoff Füllstand nach 1 Jahr 22

23 3. Speicherkapazitäten verfügbarer Technologien Pumpspeicher Goldisthal H 2 -Kaverne Vergleich mit bisheriger Speicherung? AA-CAES, ADELE H 2 -Pilotanlage, Enertrag 23

24 3. Speicherkapazitäten verfügbarer Technologien Erdgas in Poren- und Kavernenspeichern in BRD Pumpspeicher Goldisthal H 2 -Kaverne Enertrag ADELE 24

25 3. Speicherkapazitäten verfügbarer Technologien Erdgas in Poren- und Kavernenspeichern in BRD Pumpspeicher Goldisthal H 2 -Kaverne Enertrag ADELE 25

26 Inhalt / Gliederung 1. Warum Energiespeicherung (im Untergrund)? 2. Bau und Betrieb von Speichern im geologischen Untergrund 2.1 Kavernen 2.2 Porenspeicher 3. Speicherarten 3.1 Druckluft 3.2 Wasserstoff 4. Zusammenfassung 26

27 4. Zusammenfassung Aktueller Stand Druckluft CAES Huntorf CAES in McIntosh Weitere in Planung: ADELE, Baubeginn für 2013 geplant Druckluftspeicher in Larne, Nordirland (Netzstabilisierung) Diabate Speicher sind Stand der Technik Wärmespeicherung der adiabaten CAES noch in Entwicklung Wasserstoff Kavernen in UK und USA bestehen bereits In BRD noch Entwicklungsbedarf (Sicherheitsstandards) Wasserstoffkreislauf: Demonstrationsprojekte starten Auf gutem Weg zur Realisierung 27

28 4. Zusammenfassung - Fazit Übergang auf fluktuierende Energiequellen Wind und Photovoltaik erfordert Speicher zum Ausgleich von Schwankungen Erforderliche Speicherkapazitäten nur untertage darstellbar Für kurzfristigen Ausgleich: Pump- & Druckluftspeicher (Speicher auf physikalischer Basis geringe Energiedichte) Für längerfristigen Ausgleich Wasserstoff #1 (Speicher auf chemischer Basis große Energiedichte) In Übergangszeit Überschuss Wasserstoff Defizit Erdgas etc. Langfristig Ergänzung durch Methanisierung denkbar 100% Erneuerbare Energie-Versorgung fraglich mangels Speicherkapazität 28

29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dr.-Ing. Olaf Kruck KBB Underground Technologies GmbH Baumschulenallee 16, Hannover, Germany Fon: Fax: