Nutzung von vorhandenen, künstlichen Strukturen für die Errichtung von Pumpspeicherkraftwerken

Transkript

1 Nutzung von vorhandenen, künstlichen Strukturen für die Errichtung von Pumpspeicherkraftwerken Thomas Weiss, Detlef Schulz Helmut Schmidt Universität Institut für Elektrische Energiesysteme Hamburg

2 Inhalt Speicherbedarf? Warum Pumpspeicher? Konzept für PSW in Tagebauen Konzept für PSW in den Bundeswasserstraßen Konzept für PSW in Flutungspoldern Zusammenfassung 2

3 Speicherbedarf? Deutschlandweit aktuell ca. 25 % des Stroms aus Erneuerbaren Energien In Brandenburg bereits 2011 fast 45 % nur aus Windenergie In Brandenburg sind über 15 % der deutschlandweiten WEA-Leistung und über 5 % der PV Leistung installiert Es leben aber nur 3 % der Bevölkerung hier 3

4 Warum Pumpspeicherkraftwerke? Technologie Langzeitspeicherung Kosten (aktuell) in ct/kwh Kosten (zukünftig) In ct/kwh H (in >10 Jahren) CAES (in >10 Jahren) PSW 3 to 11 Keine Veränderung Technologie Kurzzeitspeicherung Kosten (aktuell) in ct/kwh Kosten (zukünftig) In ct/kwh H (in >10 Jahren) CAES 6 3 (in >10 Jahren) PSW 2,5 to 5,5 Keine Veränderung H 2 : Wasserstoff, CAES: Compressed Air Energy Storage, PSW: Pumpspeicherkraftwerk Quelle: VDE Studie PSW ist einzige Technologie die momentan konkret und in relevantem Maßstab zur Verfügung steht Abhängig von geologischen Rahmenbedingungen Großer Platzbedarf Steigende öffentliche Opposition gegen Neubauprojekte 4

5 Funktionsweise PSW Pumpspeicherwerk In Deutschland insgesamt 7 GW, Pumpspeicherwerk Goldisthal: Leistung 1060 MW Speicherkapazität 8480 MWh E = Q ρ g pw h nutz Investitionskosten: Euro/kW mit h nutz = (h OW - h UW ) 5

6 36 Tagebauseen: Gesamtfläche von ha, Gesamtvolumen von Mio. m 3 Quelle: LMBV,

7 36 Tagebauseen: Gesamtfläche von ha, Gesamtvolumen von Mio. m 3 Quelle: LMBV,

8 Pumpspeicher in Tagebaustrukturen 8

9 Pumpspeicher in Tagebaustrukturen Nutzung einer Kaverne für das Maschinenhaus 9

10 Speicherpotential Lausitzer und mitteldeutsches Gebiet haben zusammen 68 Restseen mit einer Gesamtfläche von ha und einem Gesamtvolumen von Mio. m 3 Nicht alle Seen sind geeignet für die Installation von Pumpspeicherwerken, die Voraussetzungen sind: - großes Speichervolumen - stabile geologische Bedingungen - Möglichkeiten für den Netzanschluss von einigen GW Leistung 10

11 Speicherpotential Gespeicherte Energie: E E = m g p h p = ρ V g p h p (1) E p 1 = ρ V g hp (2) [kwh] 6 3,6 10 Annahmen a) nur ein Zehntel der Tagebauseen ist für Pumpspeicherwerke geeignet b) eine mittlere Fallhöhe von 80 m: E 1 3,6 10 kg m m 9,81 2 s p = m 80 m = ,1GWh 11

12 PSW in den Bundeswasserstraßen Source: W. Finke et al.,

13 PSW in den Bundeswasserstraßen Lock/canal lift Height difference in m Boundaries in cm Installed Pumps in m 3 /s Storable energy in kwh Scharnebeck ,097 Uelzen ,401 Anderten 14, ,769 Sülfeld ,287 Rothensee ,771 13

14 PSW in Flutungspoldern Quelle: (Haselsteiner, 2007) Thomas Weiss - IYCE 2013, Siofok, Hungary 14

15 PSW in Flutungspoldern Polder Speicherkapazität [MWh] Aussig 168 Köttlitz 74 Dröschkau-Ammelgosswitz 159 Döbelitz-Kranichau 190 Dautzschen 463 Polbitz 60 Dommitzsch 128 Axien-Mauken Bei Simultanbetrieb aller Polder und summiertem Durchfluss von insgesamt 100 m³/s durch die Turbinen: Über einen Zeitraum von 12 Tagen kann eine Leistung von knapp 6 MW eingespeist werden. Der Durchfluss und somit die Leistung ist begrenzt durch den Abfluss der Elbe => Vollständige Nutzung des theoretischen Potentials nur als Langzeitspeicher möglich

16 Zusammenfassung PSW können in künstliche Strukturen eingebracht werden Hohe Speicherkapazitäten im Norden möglich Geringe Fallhöhen Teilweise gute Genehmigungs- und Realisierungschancen Wirtschaftliche Rahmenbedingungen bleiben zu prüfen Rechtsrahmen momentan ungünstig (Netznutzungsentgelte, Kompensationszahlungen für abgeschaltete WEA) Mittelfristig hohes erzeugungsnahes Speicherpotenzial Thomas Weiss - IYCE 2013, Siofok, Hungary 16