Nürnberg-Goes-Geo. Möglichkeiten der regenerativen Energiespeicherung durch Pump-, Stülpmembran-, und Ringwallspeicher in Nürnberg.

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1 Nürnberg-Goes-Geo Möglichkeiten der regenerativen Energiespeicherung durch Pump-, Stülpmembran-, und Ringwallspeicher in Nürnberg

2 Agenda FORSCHUNGSFRAGEN PUMPSPEICHER RINGWALLSPEICHER PROJEKTBESCHREIBUNG BEDARFSANALYSE NÜRNBERG STÜLPMEMBRANSPEICHER

3 Projektbeschreibung AUSLEGUNG DER KAPAZITÄT AUF: 10x TÄGLICHEN STROMVERBRAUCH VON NÜRNBERG DURCH: PUMPSPEICHER; STÜLPMEMBRANSPEICHER UND RINGWALLSPEICHER ERMITTLUNG DER 01 FREIFLÄCHEN ERMITTLUNG DER HÖHENUNTER- SCHIEDE POTENZIELLE BAUGEBIETE FESTSTELLEN 04 (KOSTENRECHNUNG)

4 Forschungsfragen WELCHE FRAGESTELLUNGEN WURDEN AUSGEARBEITET? 01 Existenz von geeigneten Freiflächen rund um Nürnberg Wo? 02 Speicherbedarfsdeckung durch: Pumpspeicher, Stülpmembranspeicher, Ringwallspeicher Wie? 03 Wieviel? 04 Kosten? Anzahl dieser Systeme für eine Kapazität von 10 Tagen in Nürnberg (Kosten für Umsetzung der Bauvorhaben)

5 Bedarfsanalyse: Die Stadt Nürnberg 0,6-0,9% verbraucht Nürnberg anteilig am Gesamtverbrauch der BRD von circa 600TWh 141,6 GWh Strombedarf Einwohner 689m Maximale Höhen 1 von 156 (0,6%) Bürgern lebt in Nürnberg Durchschnittsleistung: 590MMMM Stromverbrauch in 10 Tagen: 10dd 24h 590MMMM = 141,6GGGGG Pro Einwohner damit: 267,17kkkkk Pro kwh: 1mmm Wasser auf 360mm Datenquelle (links nach rechts): Main-Donau-Netz Daten; Stadt Nürnberg; Wikipedia

6 Flächennutzung in Nürnberg Gesamtfläche: 186,4 km² 17% Wald 18% Verkehrsflächen 13% Erholungsfläche, Wasser, Sonstiges C B A m² 18% Landwirtschaft 34% Gebäude- und Freiflächen Datenquelle: Tourismus Website Nürnberg in Zahlen, 2017.

7 Pumpspeicherkraftwerk Schematische Darstellung eines Pumpspeicherkraftwerks Quelle: Eigene Anfertigung

8 Pumpspeicherkraftwerk Wie findet die Energieumwandlung statt? Wind Verluste durch: Trafo, Motor, Pumpe und Rohrleitung Speicherung Aufwand E el E pot E kin Verluste durch: Rohrleitung, Turbine, Generator und Trafo Sonne E mech Bis zu 80% Wirkungsgrad im gesamten Prozess: NNNNNNNNNNNN AAAAAAAAAAAAAA E el Nutzen

9 Vergleiche zum Pumpspeicher in Happurg Pumpspeicherkraftwerk in der Nürnberger Region [MW] ,64% Verhältnis 900 MWh zu MWh ergeben 0,64 Prozent Deckungsbeitrag am Tag Leitzachwerk II Happurg Waldeck II Goldistahl 209 Meter Fallhöhe 157x Pumpspeicherkraftwerke wie Happurg für Nürnberg Datenquelle: Wikipedia Liste von Pumpspeicherkraftwerken

10 Vor- und Nachteile von Pumpspeicherkraftwerken Vorteile D C B A Nutzungsdauer Jahre nutzbar Spitzenlastenbetrieb Ausgleich von Spitzenlasten im Stromnetz Wirkungsgrad Meist ziwschen 85-90% Schwarzstart Können innerhalb von 30 sek. auf Maximallast gefahren warden; geringe Kosten pro kwh Nachteile E Geografie & Flächenbedarf Bedarf Höhenunterschieden und benötigt durch massive Bauweise hohen Flächenbedarf (Landschaftsprägend)

11 Standortanalyse: Vorraussetzung für die Bebauung Wichtige Faktoren bei Suche nach Standorten: Naturschutzgebiete sind tabu NSG Höhe Höhenunterschiede müssen ausreichen Freifläche MilG Bebautes Gebiet vermeiden Militärischer Sicherheitsbereich

12 Standortanalyse: Karten Geoportal Bayern mit Höhendaten. Quelle: Bayern-Atlas online, Zugriff:

13 Standortanalyse: Betrachteter Bereich Fläche Kreis: 1250 Quadratkilometer 0,34 Prozent der Fläche von Deutschland Kreis: 30 km (von Nürnbergs Zentrum) nach Norden 12 km nach Süden Bereiche die für mögliche Pump und Ringwallspeicher berücksichtigt werden, Quellen: Google Maps, Umweltbundesamt. Bildbearbeitung:

14 Standortanalyse: Naturschutzkarte Naturschutzgebiete rund um das Nürnberger Land Quelle: Geoportal Bayern, Zugriff:

15 Standortanalyse: Beispielauslegung Pumpspeicher Fläche Oberbecken (blau): m 2 Höhenunterschied: 250 m Pegelspiel: 25 m ca. 420m Wassermasse: 1,5 Mt Kapazität: 1,02 GWh (Happurg: 0,9 GWh) 138 solcher Speicher für Nürnberg für 10 Tage nötig! (Rechnung ohne Berücksichtigung von η = 90%) Beispielvorschlag eines Pumpspeicherprojekts nahe Forchheim Quellen: Google Maps, Bildbearbeitung:, 2017.

16 Standortanalyse: Standorte für Pumpspeicher Nummer Standort in [Breitengrad, Längengrad] Max. Höhendifferenz in [m] , , , , , , , , , , Mögliche Standorte für Pumpspeicherkraftwerke Quellen: Geoportal Bayern. Bildbearbeitung:, 2017.

17 Standortanalyse: Karten Nürnberg pro Person: 267 kwh Flächenbedarf /Person bei 250 m Höhenunterschied und 25 m Pegelspiel: 4,3km 17 m 2 oder 435 m 3 Austauschvolumen Ober + Unterbecken Fläche für alle Einwohner: 18,5 km 2 1,5% der gesamten Fläche rund um Nürnberg! (Vgl.: Brombachsee 9,9 km 2, Flughafen Nürnberg: 5,19 km²) Verkleinerung der Fläche von 40%: 400 m Höhenunterschied Verkleinerung der Fläche durch 35 m Pegelspiel auf gesamt: 13,2 km 2 Nötiger Flächenbedarf um Nürnberg und das Umland für 10 Tage zu versorgen. Karten: Google, Bildbearbeitung:, 2017.

18 Stülpmembranspeicher Kolbendurchmesser: 150 m, Kolbenhöhe: 275 m, Hubweg: 200 m Flächenbedarf, mit Hügel aus Aushub und Umgriff: 20 ha der eigentliche Speicher: 3 ha Pro Einwohner: 10 m², Gesamt für Nürnberg: 1,2 km² (0,7% der Gesamtfläche) Stromspeicherkapazität: 3,6 GWh ( Einwohner) Wärmespeicherkapazität: 93 GWh (9000 Einwohner) 40 solcher Systeme um Nürnberg 10 Tage mit Wärme zu versorgen! Mögliche Orte für Stülpmembranspeicher Quellen: Geoportal Bayern, Bildbearbeitung:

19 Geotechnischerspeicher: Stülpmembranspeicher Kosten Strom + Wärmespeicher Stromspeicherkapazität: 3,6 GWh - Wärmespeicherkapazität: 93 GWh Spezifische-Investitionskosten: /kwh (laut Prof. Dr. Popp) Pro Anlage: ~ (Strom) + ~ (Wärme) Gesamt für Nürnberg: 4,2 Mrd. 5,6 Mrd. (für 10 Tage) Gesamt für Nürnberg: 420 Mio. 560 Mio. (für 1 Tag)t für N Li-Ionen Akkus kosten ca. das 10-fache! Stromentstehungskosten: 0,18 /kwh Zum Vergleich: Pumpspeicher Goldistahl 71 /kwh Je höher die Kapazität, desto geringer die spezifischen Kosten! Aufbau eines Stülpmembranspeichers, Matthias Popp, Kostenrechnung nach Matthias Popp, Excel-Datei: Stülpmembranspeicher Kostenabschätzung, Vgl. Online: Aufgerufen am

20 Geotechnischerspeicher: Ringwallspeicherkraftwerk Außendurchmesser: 11 Kilometer Walldurchmesser: 6 Kilometer Wallhöhe: 215 Meter Pegelspiel Oberbecken: 50 Meter Pegelspiel Unterbecken: 20 Meter Kapazität: 700 Gigawattstunden Ringwallspeicher-Hybridkraftwerk, Quelle: Matthias Popp

21 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT! Geoportal Bayern mit Höhendaten. Quelle: Bayern-Atlas online, Zugriff: