Dezentrale offshore Stromspeicherung im europäischen Kraftwerkspark. PowerTower. BuoyantEnergy. PowerRock

Transkript

1 Robert KLAR, Valerie NEISCH, Markus AUFLEGER Dezentrale offshore Stromspeicherung im europäischen Kraftwerkspark buoyant-energy.com PowerTower BuoyantEnergy PowerRock

2 buoyant-energy.com MOTIVATION Was macht dezentrale offshore Stromspeicher interessant?

3 Ausbau der Windenergie Kumulative Anzahl der Windturbinen (1991 bis 2010) in der EU (onshore - linke Achse; offshore - rechte Achse)

4 Ausbau der Windenergie Prognostizierte Stromproduktion von onshore und offshore WEA gemäß den NREAPs (National Renewable Energy Action Plan)

5 Ausbau der Windenergie Prognostizierte Stromproduktion von onshore und offshore WEA in der EU ( )

6 Ausgleich: Strombedarf Stromproduktion DIE ZEIT 8.September Millionen kwh Ausfallarbeit

7 Ausgleich: Strombedarf Stromproduktion VDI Nachrichten, 28.Oktober 2011 Ausstieg aus der Kernkraft + fehlende Großspeicher Bedarf an neuen konventionellen Kraftwerken

8 Ausgleich: Strombedarf Stromproduktion Quelle: Aufleger, Markus (2008): Strom fließt Wasserkraft 2020, Bauingenieur, Band 83, Juli/August 2008

9 Ausgleich: Strombedarf Stromproduktion DIE ZEIT WISSEN April/Mai 2011 EIN SUPERNETZ wäre die Lösung - mit Norwegen als Batterie

10 HGÜ Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung 800 bis 1100 kv Spannung allein in Deutschland fehlen 3600 km Höchstspannungsleitungen geschätzte Kosten 10 Milliarden Euro (Deutschland) Quelle: Die Zeit Wissen, Mai 2011, Burkhard Straßmann

11 buoyant-energy.com Buoyant Energy Hydraulische Großenergiespeicher

12 Konzept Hydraulischer Energiespeicher Zusatzlasten Fluidreservoir Belüftung Turbinen-Pumpanordnung Niveaudifferenz

13 Konzept Hydraulischer Energiespeicher Volumenstrom im Turbinenbetrieb Niveaudifferenz

14 Konzept Hydraulischer Energiespeicher Volumenstrom im Pumpbetrieb Niveaudifferenz

15 Variante 1: Elastische Zugvorrichtungen Volumenstrom im Turbinenbetrieb Elastische Zugvorrichtung

16 Variante 1: Elastische Zugvorrichtungen

17 Variante 1: Elastische Zugvorrichtungen

18 Variante 1: Elastische Zugvorrichtungen

19 Variante 1: Elastische Zugvorrichtungen

20 Variante 1: Elastische Zugvorrichtungen

21 Variante 2: Zugvorrichtungen über umgelenkte Auftriebskörper Auftriebskörper Volumenstrom im Pumpbetrieb

22 Variante 2: Zugvorrichtungen über umgelenkte Auftriebskörper

23 Variante 2: Zugvorrichtungen über umgelenkte Auftriebskörper

24 Variante 2: Zugvorrichtungen über umgelenkte Auftriebskörper

25 Variante 2: Zugvorrichtungen über umgelenkte Auftriebskörper

26 Variante 2: Zugvorrichtungen über umgelenkte Auftriebskörper

27 Variante 3: Energieumwandlung in umgekehrter Richtung Auftriebskörper Volumenstrom im Turbinenbetrieb

28 Variante 3: Energieumwandlung in umgekehrter Richtung

29 Variante 3: Energieumwandlung in umgekehrter Richtung

30 Variante 3

31 Variante 3

32 Variante 3

33 Variante 4 gasförmiger Puffer Volumenstrom im Pumpbetrieb

34 Variante 4

35 Variante 4

36 Variante 4

37 Variante 4

38 Variante 4

39 buoyant-energy.com charakteristische Merkmale Eigenschaften der schwimmenden hydraulischen Energiespeicher nach dem Buoyant Energy Prinzip.

40 Konzeptbedingte Vorteile Hoher Wirkungsgrad geringe hydraulische Verluste; konstante Druckhöhe möglich Unbegrenzte Anzahl der Lade-/Entlade-Zyklen Zugriffszeit im unteren Sekundenbereich Selbstentladerate vernachlässigbar klein Schnelle Lastwechsel sind möglich hydraulischer Kurzschluss Robuste bewährte Technologie im neuen Umfeld

41 Konzeptbedingte Vorteile Dezentrale Energiespeicherung direkt am Ort der Erzeugung verminderter Ausbau der Übertragungsnetze Kombinierte Nutzung Bedarf an offshore Energie-, Aquakultur- und Transport- Infrastruktur ( multi-use offshore platforms, maritime Serviceplattformen) steigt hydraulische Energiespeicher lassen sich ideal in jedes Design integrieren

42 Konzeptbedingte Vorteile Kombination von Nutzwert und Energiespeicher Plattformen mit Nutzbauten ( Floatels, Aquafarmen, etc.) Serviceplattformen (Wartung, Zwischenlager für Nutzlasten, etc.) Quelle:

43 Konzeptbedingte Vorteile Kombination von Nutzwert und Energiespeicher Plattformen mit Nutzbauten ( Floatels, Aquafarmen, etc.) Serviceplattformen (Wartung, Zwischenlager für Nutzlasten, etc.) Quelle: AZ Island, A Floating World Concept

44 Konzeptbedingte Vorteile Kombination von Nutzwert und Energiespeicher Plattformen mit Nutzbauten ( Floatels, Aquafarmen, etc.) Serviceplattformen (Wartung, Zwischenlager für Nutzlasten, etc.) Quelle: Megafloat

45 Konzeptbedingte Vorteile Kombination von Energieerzeuger und Energiespeicher Schwimmende Meereströmungskraftwerke und Solarfarmen

46 Konzeptbedingte Vorteile Kombination von Energieerzeuger und Energiespeicher Schwimmende Offshore-Windenergieanlagen FloatingWindTurbine Quelle: Siemens-Pressebild Quelle: Siemens-Pressebild, Hywind

47 Speicherkapazität ideales System h g A h g A h h g m E Wasser Wasser h g E h A m Wasser 2 2 Masse: Energieinhalt:

48 Speicherkapazität ideales System

49 Energiedichte ideales System gravimetrisch: gravimetrisch E m g h 2 volumetrisch: volumetrisch E m g h A 2 A Wasser h g 4

50 Herausforderungen Verankerung am Meeresboden Design der Pumpen und Turbinen Design von großen schwimmenden Baukörpern Rückgriff auf bewährte Technologien! Betonschiffe

51 Herausforderungen Verankerung am Meeresboden Design der Pumpen und Turbinen Design von großen schwimmenden Baukörpern Rückgriff auf bewährte Technologien! Bau des Drogdentunnels, auch Öresundtunnel

52 Herausforderungen Verankerung am Meeresboden Design der Pumpen und Turbinen Design von großen schwimmenden Baukörpern Rückgriff auf bewährte Technologien!

53 buoyant-energy.com Einsatzbereiche wirtschaftliche Anwendung der Energiespeicher nach dem Buoyant Energy Prinzip

54 Einsatzbereiche Verlagerung und Vergleichmäßigung fluktuierender Erzeugung bzw. Einspeisung Marktintegration erneuerbarer Energien Systemkomponente von regenerativen Kombikraftwerken FloatingWindTurbine Stromveredelung und Spitzenlastdeckung Einsatz in Inselnetzen wortwörtlich

55 buoyant-energy.com Ausblick zukünftige wissenschaftliche Arbeit

56 Ausblick Wirtschaftlichkeitsuntersuchung stark von zukünftiger politischer Entwicklung abhängig ( Stetigkeitsanreiz zur Marktintegration von Speichertechnologien) Gegenüberstellung: Netzausbau Speicherkosten Wirtschaftlichkeit durch kombinierte Nutzung Design-Studie Ausgestaltungsformen Baumethoden Materialen Anlagenteile

57 FloatingWindTurbine Kombination einer Windturbine mit einem schwimmenden Energiespeicher als regeneratives Kombikraftwerk Quelle:

58 FloatingWindTurbine Design-Annahmen: offshore Windturbine: Leistung P = 2 MW idealer hydraulischer Speicher (Zylinderform) Energiespeicher: Speicherkapazität E = 1 MWh h A Radius R Gewicht G [m] [m²] [m] [to]

59 FloatingWindTurbine Design-Annahmen: offshore Windturbine: Leistung P = 2 MW idealer hydraulischer Speicher (Zylinderform) Energiespeicher: Speicherkapazität E = 1 MWh h A Radius R Gewicht G [m] [m²] [m] [to]

60 FloatingWindTurbine Eiintauchtiefe h = 20 m Nabenhöhe = 100 m Nabenhöhe = 110 m Ausgestaltungsform R = 20 m

61 FloatingWindTurbine Eiintauchtiefe h = 40 m Nabenhöhe = 100 m Nabenhöhe = 120 m Ausgestaltungsform R = 10 m

62 FloatingWindTurbine Eiintauchtiefe h = 80 m Nabenhöhe = 100 m Nabenhöhe = 140 m Ausgestaltungsform R = 5 m

63 FloatingWindTurbine Schwimmstabilität Windkraft Gewichtskraft Windturbine/Gondel Kippmoment aufrichtendes Moment Auftriebsschwerpunkt: Volumenmittelpunkt des eintauchenden Teils Gewichtsschwerpunkt Gewichtskraft aus Stabilisierungslast + Auftriebskraft aus Verankerung

64 FloatingWindTurbine Vorteile standardisierte Herstellung keine aufwendige Spezial-Gründungen einfache Wartung, Service im Cluster signifikante Speicherkapazität standortunabhängig (keine Beschränkung bezüglich Wassertiefen)

65 Hywind slender cylinder concept als Beispiel eines visionären FloatingWindTurbine-Konzeptes. allerdings: ohne integrierten Speicher! Hywind main facts Siemens SWT 2.3 MW Turbine weight: 138 tons Draft: 100 m Displacement: 5300 m3 Diameter at water line: 6 m Water depths: meters one prototype is currently operating near Karmøy, Norway

66 Åmøyfjorden, 22 April 2009 Quelle: Statoil, Hywind The world s first floating wind turbine, Congress proceedings, Lisboa 5 November 2009.

67 Upending of substructure on 26 April 2009 Quelle: Statoil, Hywind The world s first floating wind turbine, Congress proceedings, Lisboa 5 November 2009.

68 Official opening 8 September 2009 Quelle: Statoil, Hywind The world s first floating wind turbine, Congress proceedings, Lisboa 5 November 2009.

69 buoyant-energy.com BUOYANT ENERGY smart concepts for energy storage Kontakt Robert Klar Markus Aufleger Valerie Neisch Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!