Pumpspeicherwerke im liberalisierten Strommarkt

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1 Pumpspeicherwerke im liberalisierten Strommarkt Einführung - Pumpspeicherwerk - Liberalisierung Das Geschäft - Kosten - Handel - Marketing Fazit/Ausblick

2 Das Pumpspeicherwerk (PSW) Übersicht Geschichte Funktionsweise Wozu?

3 Übersicht PSW ~7 GW (8 GW incl. Vianden, Luxemburg) Leistung in Deutschland installiert, welche 7,6 TWh im Jahr 2007 produzierten EU-weit 38,3 GW installiert, was 5% der Gesamtkapazität ausmacht (Jahr 2007) Größte Anlage Deutschlands in Goldisthal, Thüringen: ca. 1060MW Leistung

4 Kurze Geschichte des PSW Erste Pumpspeicherwerke der Welt ab den 1890ern in Italien und der Schweiz Erste deutsche PSW 1930: Koepchenwerk (132MW) in Herdecke, NRW und Niederwartha (120MW) in Dresden Neustes PSW: Goldisthal seit 2003 in Betrieb

5 Funktionsweise Nach IEA-Definition erhalten PSW weniger als 5% des Wassers durch natürlichen Zufluss Wasser wird mittels elektrisch betriebener Pumpen in ein Staubecken oder Oberbecken gehoben, Elektrische Kinetische Potentielle (Pumpbetrieb) Umgekehrt fließt das Wasser von oben durch Turbinen, die Generatoren antreiben, die Spannung erzeugen. Potentielle Kinetische Elektrische (Turbinenbetrieb)

6 PSW Kaprun, Österreich

7 PSW Limberg, Österreich

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9 Querschnitt einer Pelton-Freistrahlturbine

10 Am häufigsten werden so genannte Francis-Turbinen bei Wasserkraft- und Pumpspeicherwerken verwendet Eine Francis-Turbine mit verstellbarem Leitrad außen und Laufrad innen Minimale Leistung Maximale Leistung

11 Laufrad einer Francis-Turbine für das Wasserkraftwerk in Sanxia, China (Voith Hydro)

12 Wozu? Das Wechselstromnetz erfordert einen ständigen Ausgleich zwischen Verbrauch und Produktion. Kleinste Abweichungen ändern die Netzfrequenz, welche, falls zu groß, das ganze System gefährden. Der Stromverbrauch variiert stark zwischen Tag und Nacht, Werk- und Feiertag und den Jahreszeiten.

13 Wozu? Ein komplexes Stromnetz mit großen Grundlastkraftwerken benötigt Puffer um Lastspitzen auszugleichen und bei Überschussproduktion (i.d.r. nachts) als zusätzlicher Verbraucher zu dienen. Große thermische Kraftwerke benötigen viele Stunden für das Hochfahren ehe sie elektrische Energie liefern können, ein Aus- und Einschalten (z.b. wegen Wartungsarbeiten) dieser ist sehr aufwendig und teuer.

14 Wozu? Pumpspeicherwerke haben i.d.r. eine Reaktionszeit zwischen 60 und 120 Sekunden Außerdem sind sie schwarzstartfähig, d.h. sie können ohne Energiezufuhr hochgefahren werden. Damit können sie nach einem großflächigen Stromausfall nichtschwarzstartfähige Grundlastkraftwerke beim Hochfahren mit Energie beliefern.

15 Liberalisierung Was bedeutet das normalerweise? Und konkret für den Strommarkt?

16 Liberalisierung Vertragsfreiheit Freier Marktein- und -austritt Produktionsmittel in Privateigentum Preisfindung für Inputs und Outputs auf allen Etappen der Wertschöpfungskette durch das Zusammenspiel von Angebot und Nachfrage

17 Vor der Liberalisierung Energieversorgungsunternehmen (EVU) mit gebietsmonopolistischen Versorgungsaufträgen Vielzahl von privatwirtschaftlich organisierten EVU in unterschiedlichen Größen hauptsächlich in öffentlicher (meist kommunaler) Hand Preisaufsicht durch die Länder Anschluss- und Versorgungspflicht Verpflichtung zu möglichst sicherer und kostengünstiger Stromversorgung

18 1998 und 2005 Energierechtsnovellen Aufhebung der Demarkationsverträge, jedoch bilden die Netzbetreiber noch Gebietsmonopole Privatisierung und Konsolidierung Bundesnetzagentur genehmigt Netznutzungsentgeld (macht etwa 25% des Strompreises für Haushaltskunden aus) Anschluss- und Versorgungsanspruch (Stromgrundversorgungsverordnung) sichere, preisgünstige, verbraucherfreundliche, effiziente und umweltverträgliche Versorgung

19 Kosten Investitionskosten hängen stark von der Geographie ab und variieren beträchtlich Bisher /kw der übliche Bereich Goldisthal, Thüringen: 650 /kw Kazunogow, Japan: 2000 /kw Atdorf, Schwarzwald: ~700 /kw (geplant)

20 Kosten Projekt Ingula, Süd Afrika (1,368MW fertig ) : ca. 440 /kw PSW, die vor 2019 in Deutschland Betrieb gehen, sind zehn Jahre vom Netznutzungsentgeld befreit. (Gesetz zur Beschleunigung des Ausbaus der Höchstspannungsnetze (August 2009))

21 Kosten Betriebskosten, Wartungskosten variieren je nach Anlage, können jedoch grob auf 10 /MWh geschätzt werden. Wirkungsgrad zwischen 75% - 80% bedeutet, dass für jede gekaufte MWh nur kwh verkauft werden können. Durch die geographische Distanz zwischen Erzeugungseinheiten (Windkraftparks eher im Norden) und PSW (Mittelgebirgen und im Süden) entstehen volkswirtschaftliche Kosten durch die Übertragung.

22 Gesamtstromproduktion ( 100MW) April Durchschnitt ca. 1 TWh pro Tag MW Tageszeit

23 Strompreise im Großhandel Preis abhängig von der Tageszeit EEX Leipzig Spot April Durchschnitt /MWh HIGH 40 LOW Tageszeit

24 Handelsvolumen GWh pro Tag (Umsatz ca. 1Mio. am Tag) Also nur ein kleiner Teil des produzierten Stroms EEX Leipzig Spot April Durchschnitt MWh VOL Tageszeit

25 PSW Stromproduktion (in MW) 1. April 2010 (Donnerstag) 2. April 2010 (Freitag)

26 PSW Stromproduktion (in MW) 3. April 2010 (Samstag) 4. April 2010 (Sonntag)

27 Windstromproduktion 1. April (in MW) Prognose vom 1. April 18Uhr ca. 16GWh weniger als erwartet produziert, d.h. mehr als die Hälfte des tägl. Handelsvolumens an der EEX Tatsächliche Produktion :15 22:30 21:45 21:00 20:15 19:30 18:45 18:00 17:15 16:30 15:45 15:00 14:15 13:30 12:45 12:00 11:15 10:30 09:45 09:00 08:15 07:30 06:45 06:00 05:15 04:30 03:45 03:00 02:15 01:30 00:45 00:00 0

28 23:30 23:00 22:30 22:00 21:30 21:00 20:30 20:00 19:30 19:00 18:30 18:00 17:30 17:00 16:30 16:00 15:30 15:00 14:30 14:00 13:30 13:00 12:30 12:00 11:30 11:00 10:30 10:00 Tatsächliche Produktion 09:30 Prognose vom 1. April 18Uhr 09:00 08:30 08:00 07:30 07:00 06:30 06:00 05:30 05:00 04:30 04:00 03:30 03:00 02:30 02:00 01:30 01:00 00:30 00:00 Windstromproduktion 2. April (in MW) ca. 8GWh mehr als erwartet produziert, d.h. mehr als ein Viertel des tägl. Handelsvolumens an der EEX

29 Negative Strompreise November 2009 EEX Spot

30 Negative Strompreise Noch besser: Oktober 2009

31 Negative Strompreise Seit Oktober 2008 ließ die EEX negative Preise (bis /MWh) zu Seit Anfang diesen Jahres Sperre bei -150 /MWh Unerwartete große Windenergieproduktion kann negative Großhandelspreise erzwingen, da Fahrplanänderungen bei großen Grundlastkraftwerkensher teuer sind. (Auch das EEG zeigt hier Wirkung)

32 PSW >100MW an EEX marktpreisgesteuerte Anlagen: Merkersbach C+E (Vattenfall) 2 * 174MW Wehr (Schluchseewerk AG) Kopswerk II (Vorarlberger Illwerke AG) 480MW Rodund II (Vorarlberger Illwerke AG) 260MW Kuehtai (TiWAG) 160MW Gesamt: 454MW 1696MW

33 Marketing Ausschnitt aus Vattenfalls website: Strom aus der Steckdose lässt sich nicht ansehen, wie er erzeugt wurde. Ein größeres Umweltbewusstsein der Kunden kann jedoch zu Werbemaßnahmen hervorragend genutzt werden. Viele Verbraucher zeigen erhöhte Bereitschaft mehr für grünen Strom statt Atom- oder fossile Energie zu zahlen. Natürlich haben PSW an sich nicht mit regenerativen Energien zu tun, außer wenn die Pumpen mit Hilfe dieser betrieben werden.

34 Fazit / Ausblick PSW sind äußerst wichtig für das Funktionieren des Stromnetzes. Vergleichbare Lösungen sind noch weit von der Realisierung entfernt. Bei ausreichender Volatilität des Strompreises lohnen sich PSW auch für Spekulationsgeschäfte an der Strombörse. Mehr Wind- und Sonnenenergiekapazitäten benötigen mehr Speicherkapazitäten. Vermehrter Neubau von PSW kann aufgrund gesetzlicher Rahmenbedingungen erwartet werden.

35 Literatur The Economics of Power Storage: Theory and empirical Analysis for central Europe Christoph Gatzen Oldenbourg Industrieverlag 2008 Wettbewerb im liberalisierten Strommarkt: Regeln und Techniken Martin Kahmann, Siegfried König (Hrsg.) - Springer 2001 The end of a natural monopoly: Deregulation and competition in the electrical power industry Peter Z. Grossman, Daniel H. Cole (Editors) JAI Press 2003 Hydro Review Worldwide July 2009: Pumped Storage Supports Wind Energy - Fernando Perán Montero, Juan J. Pérez PennWell 2009 Hydro Review Worldwide May 2009: Impregilo to build South Africa s 1,368-MW Ingula. - PennWell 2009 Handbuch der Elektrizitätswirtschaft: Technische, wirtschaftliche und rechtliche Grundlagen Leonhard Müller 2000 Analyse der Notwendigkeit des Ausbaus von Pumpspeicherwerken und anderen Stromspeichern zur Integration der erneuerbaren Energien: Abschlussbericht Deutsche Energie Agentur 2010 Kurse, Kraftwerksdaten: und Bilder: und