Vorlesung Solar-KW (Rest) Geothermie, WEK

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1 Fakultät für Maschinenwesen, Institut Energietechnik, Professur Kraftwerkstechnik Vorlesung Solar-KW (Rest) Geothermie, WEK Prüfungsterminvereinbarung!!! Dresden,

2 TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 2

3 TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 3

4 TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 4

5 TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 5

6 Kollektoren TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 6

7 Aufbau Sonnenkollektoren (Haustechnik) TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 7

8 Geothermische Energie Das technische Gesamtpotenzial zur geothermischen Stromerzeugung in Deutschland liegt bei ca Exa Joule (etwa TWh), was etwa dem 600fachen des deutschen Jahresstrombedarfes von ca. 2 Exa Joule entspricht. 95 % des Potenzials entfallen auf kristalline Gesteine, 4 % auf Störungszonen und etwa 1 % auf Heißwasser- Aquifere. TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 8

9 Geothermische Energie - jährliches technisches Angebotspotenzial zur geothermischen Stromerzeugung: ca. 300 TWh/a, was etwa der Hälfte der gegenwärtigen Bruttostromerzeugung entspricht. Bedingung für Stromerzeugung: Mindestfließrate 50 m³/h Mindesttemperatur 100 C TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 9

10 Geothermische Energie Bild zeigt einen schematischen Ausschnitt aus der oberen Erdkruste. Der Wärmeinhalt dieses 1 x 1 x 7 km3 Quaders beträgt etwa 1,3 Exa Joule (EJ = 1018 Joule). Diesem Gesteinsquader kann Wärme entnommen werden. Die entnommene Wärme wird partiell regeneriert zum einen durch die spezifische, örtliche Wärmeproduktion (aus dem Zerfall radioaktiver Isotope des Urans, Thoriums und Kaliums) und zum anderen durch den natürlichen Wärmestrom (der aus dem Erdinnern beständig an die Erdoberfläche fließt und von dort in den Weltraum abgestrahlt wird). Allerdings liegt die spezifische (örtliche) Wärmeproduktion bei den meisten Gesteinen nur in der Größenordnung von 1 µw/m3 und beträgt daher in dem betrachteten Gesteinsquader ca. 4 kw. Der natürliche Wärmestrom aus dem Erdinnern liegt bei ca. 70 kw/km2. Beides zusammen reicht nicht aus, um die bei einer Stromerzeugung dem Quader zu entnehmende thermische Leistung von mehreren MW auszugleichen. In diesem Sinne steht eine Erdwärmenutzung immer für lokalen Abbau der gespeicherten Wärmeenergie. Geothermische Energie kann also nur in einem weiteren Sinne zu den regenerativen Energien gerechnet werden. TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 10

11 Geothermische Energie Norddeutsches Becken TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 11

12 Geothermische Energie Oberrheingraben TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 12

13 Geothermische Energie Potenzial Hot-Dry-Rock: 2 Bohrungen, Abstand 1-2 km 80 bar Druckdifferenz 50 m³/h Fließrate Aquifere sind hochpermeable Gesteinsschichten, die ausreichend durchlässiges Material enthalten, um signifikante Mengen an Wasser zu speichern oder weiterzuleiten Dabei handelt es sich entweder um hochporöse Sandsteine oder um andere stark geklüftete oder verkarstete Sedimentgesteine. Anteil der drei Reservoirtypen am technischen Potenzial geothermischer Stromerzeugung Störungen sind Bruchzonen oder Bruchflächen, die in Sediment- wie auch in kristallinem Gestein auftreten können. Ihr Auftreten erhöht das hydraulische Leitvermögen der Gesteinsschichten beträchtlich. TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 13

14 Geothermische Energie Karte der Tiefenstörungen in Deutschland Störungslinien, die sich näher als 5 km nebeneinander befinden, wurden zusammengelegt, da solche Störungen in Tiefen von wenigen Kilometern i.d.r. zu einer Störung Verschmelzen. TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 14

15 Geothermische Energie TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 15

16 Geothermische Energie TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 16

17 Geothermische Energie Cased-Hole-Komplettierung einer Bohrung TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 17

18 Geothermische Energie - Schaltungen TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 18

19 Gewinnungsfaktor R = RG*RT R Gewinnungsfaktor (recovery factor) [ ] RG Geometriefaktor [ ] RT Temperaturfaktor [ ] RG = RFM RF Flächenfaktor [ ] RM Mächtigkeitsfaktor [ ] RT = (TG TIN)/(TG TS) TG Temperatur des Gesteins [ C] TIN Injektionstemperatur [ C] TS Temperatur an der Erdoberfläche [ C] Der Flächenfaktor RF berücksichtigt, dass nur ein Teil Fläche (z.b. des Aquifers) ausgekühlt wird. Der Mächtigkeitsfaktor RM berücksichtigt, dass auch in vertikaler Richtung der vorhandene Wärmeinhalt nicht vollständig entzogen werden kann. TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 19

20 Wirkungsgrad TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 20

21 1) geothermisch 2) elektrisch 3) zu Vergleichszwecken normiert 4) z.t. geplant 5) Projekt ruhend 6) mindestens A B D IBN K KT L O T W Aquifer Bohrlochkonzept Dublette Inbetriebnahme Kalina Cycle Konversionstechnologie Lagerstätte ORC Triplette Wärmenutzung TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 21

22 Geothermische Energie - Wirkungsgrade Wirkungsgrade von ORC-Systemen TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 22

23 TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 23

24 Ozeanisches Wärmekraftwerk TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 24

25 Nutzung der Wasserkraft in Deutschland TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 25

26 Wasserkraftwerke TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 26

27 Wasserkraftwerke TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 27

28 Wasserkraftwerke Wasserkraftwerke Peltonturbine mit sechs innengesteuerten Düsen a Niederdruckanlage mit Seitenkanal mit Francisturbine; (Voith Strahlkreisdurchmesser 4,35 m, H N = 413 m, b Niederdruckanlage im Fluss mit Kaplanturbine; V& 3-1 N = 45,1m / n = 180 min,pn = 167 MW. c Hochdruckanlage an einer Talsperre mit Francisturbine 1 Laufrad d Hochdruckanlage im Gebirge mit Peltonturbine. 2 Düse OW Oberwasser 3 Strahlablenker UW Unterwasser 4 Innensteuerung der Düsennadel (Schließ- WS Wasserschloss stellung) 5 Ringleitung 6 Absperrorgan TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 28

29 Wasserkraftwerke TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 29

30 Wasserkraftwerke Auswahl der Turbinentypen TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 30

31 Wasser-KW genutztes und nutzbares Potenzial TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 31

32 Pumpspeicher-Wasserkraftwerke TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 32

33 Pumpspeicher-Wasserkraftwerke TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 33

34 Pumpspeicher-Wasserkraftwerke Pumpspeicher-Kraftwerk Inbetriebnahme 2003/2004, Arbeitsvermögen 8480 MWh, Stauanlagen Gesamtsystemmenge Sommer 19,66 Mio. m3 Winter 18,87 Mio. m3 Verbindung Oberbecken/Kaverne Art Druckstollen stahlgepanzert Anzahl 2 Länge 817 m Durchmesser 6,2 m Mittlere Fallhöhe 302 m Verbindung Unterbecken/Kaverne Art Druckstollen betonausgekleidet Anzahl 2 Länge 276 m Durchmesser 8,2 m Nennleistung je Satz Turbinenbetrieb 265 MW Pumpenbetrieb 261 MW von Stillstand auf Turbinenbetrieb 98 s Schnellübergang von Pump- auf Turbinenbetrieb 99 s von Stillstand auf Pumpbetrieb 250 s Gesamtnennleistung 1060 MW 8h-Volllastbetrieb TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 34

35 Ozeanisches Wärmekraftwerk TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 35

36 Quelle: DEWI TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 36

37 WEK (WEA) Der jährliche Zubau im nationalen Onshore-Markt wächst seit 2003 erwartungsgemäß langsamer. Mit der Ende 2006 installierten Gesamtleistung bleibt Deutschland jedoch der größte Windenergiemarkt der Welt, gefolgt von Spanien. Die Marke von MW gesamt installierter Leistung in Deutschland wurde 2006 deutlich überschritten. Insgesamt waren nach der neuesten Statistik des Deutschen Windenergie-Instituts Ende 2006 in Deutschland Windenergieanlagen mit einer Gesamtleistung von MW installiert. Das entspricht einem Leistungszuwachs von zwölf Prozent gegenüber Rund 2,9 Milliarden Euro wurden in Deutschland in neue Windparks investiert. Den größten Zuwachs verzeichneten die Bundesländer Brandenburg (509 MW), Niedersachsen (378 MW), Sachsen-Anhalt (340 MW) und Rheinland-Pfalz (182 MW). Quelle: DEWI TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 37

38 Quelle: DEWI TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 38

39 TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 39

40 TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 40

41 TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 41

42 TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 42

43 TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 43

44 TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 44

45 WEK (WEA) TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 45

46 WEK (WEA) TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 46

47 Bewertung von Kraftwerksprozessen TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 47

48 Bewertung von Kraftwerksprozessen TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 48

49 Bewertung von Kraftwerksprozessen TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 49

50 Bewertung von Kraftwerksprozessen TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 50

51 Bewertung von Kraftwerksprozessen TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 51

52 Bewertung von Kraftwerksprozessen TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 52

53 Bewertung von Kraftwerksprozessen Gestehungskosten einer Stromerzeugung aus regenerativen Energien, Erdgas, Steinkohle Cent/kWh TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 53

54 Bewertung von Kraftwerksprozessen CO2-Äquivalent-Emissionen der untersuchten Stromerzeugungsoptionen und deren Aufteilung auf Bau, Betrieb und Rückbau sowie Brennstoff-Bereitstellung Quelle: Kaltschmitt TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 54

55 Bewertung von Kraftwerksprozessen Abschätzungen der (spezifischen) Kosten und Emissionen für den Fall einer geothermischen Stromerzeugung in Höhe von 5 % der Bruttostromerzeugung Deutschlands zur Substitution von Grundlaststrom aus Braunkohlekraftwerken TU Dresden Kraftwerkstechnik V8 Folie 55