Nutzung von Klinger See und Cottbuser Ostsee als Pumpspeicherwerk

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Stefanie Bachmeier
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1 Nutzung von Klinger See und Cottbuser Ostsee als Pumpspeicherwerk Vattenfall Europe Mining AG Vom-Stein-Straße Cottbus info@vattenfall.de

2 Inhalt 1 Einleitung 2 Kapazität/Nutzungsvolumen des Klinger See Wirkungsgrad/Betrieb 4 Investitionskosten/Amortisationskosten 5 Seite Bearbeiter Christian Zschorlich Vattenfall Europe Mining AG Geotechnics Geohydrologie/Wasserwirtschaft Vom-Stein-Straße Cottbus info@vattenfall.de Cottbus, September von 6

3 1 Einleitung Bis zum Jahr 200 entsteht der Cottbuser See aus der Restfigur des Tagebaues Cottbus-Nord. Der bereits sich in Flutung befindende Restrandschlauch des Tagebaues Jänschwalde (Klinger See) erreicht seinen Endwasserstand in der ersten Hälfte der 2020er Jahre. Die Differenz der Wasserspiegel beider Gewässer beträgt ca. 8 m, sodass eine weitere Nutzung beider Gewässer als Pumpspeicherwerk betrachtet wird. Derzeit gibt es in Deutschland rund 40 Pumpspeicherwerke mit einer Gesamtkapazität von rund MWh. Die Volllastzeit der Pumpspeicherwerke beträgt 4-8 h. Die größte Anlage ist das PSW Goldisthal mit einer Leistung von MWh und einer Kapazität von MWh. Die kleinsten Anlagen erreichen Leistungen von ca. 45 MW bis 500 MW. Die Fallhöhen betragen meistens ca. 100 m bis 50 m. 2 Kapazität/Nutzungsvolumen des Klinger See Aus geotechnischen Gründen kann der Wasserspiegel des Klinger Sees höchstens um 0,5 m abgesenkt werden. Die Fallhöhe (Differenz der Wasserspiegel von Ober- und Unterbecken) beträgt ca. 8 m. Der See wird nach der Flutung eine Wasseroberfläche von 20 ha haben. Daraus ergibt sich ein Nutzungsvolumen von: V - Nutzungsvolumen A - Oberfläche h - Höhe Wasserspiegel V A h m 0,5 m m Die Kapazität eines PSW beträgt mit diesen Randbedingungen: E pot - Kapazität/potentielle Energie ρ - Dichte g - Fallbeschleunigung h - Fallhöhe E E pot pot V g h kg m m ,81 8 m MWs 4,88 MWh m s 1 2 Wirkungsgrad/Betrieb Mit der Kapazität E pot von rund 5 MWh und einer Volllastzeit von 4 h, kann mit einem angenommenen Wirkungsgrad η=0,80 folgende Leistung P erreicht werden: P - Leistung η - Wirkungsgrad T Volllast - Zeitdauer für den Volllastbetrieb von 6

4 P E T pot Volllast 4,88 MWh 0,8 P 7 MW 4 h Dieser hohe Wirkungsgrad kann nur mit Francisturbinen erreicht werden. Diese erreichen ihren Arbeitspunkt bei mittleren Fallhöhen. In Abbildung 1 sind Turbinen mit ihren jeweiligen Einsatzbereichen dargestellt. Mit einer kleinen Fallhöhe von 8 m wird der Einsatz von Kaplanturbinen empfohlen. Diese haben einen kleineren Wirkungsgrad als Francisturbinen. In Abbildung 1 ist ein möglicher Betriebsfall rot gekennzeichnet. Mit h=8 m ist ein Durchfluss Q=18 m³/s= m³/h notwendig, um eine Leistung P von 1 MW zu erzeugen. Um eine Leistung P=6 MW zu erzeugen, ist der Einsatz von 6 Kaplanturbinen mit einer Nennleistung von 1 MW notwendig. In diesem Fall könnte folgende Betriebsweise gefahren werden: V - Nutzungsvolumen des PSW Q - Erforderlicher Durchfluss der Turbine n - Anzahl der Turbinen T Ablauf - Ablaufzeit des Nutzungsvolumens T Volllast - Zeitdauer für den Volllastbetrieb V T Ablauf Q m T Ablauf 24, 7 h m h T T Volllast Volllast TAblauf n 24,7 h 4 h 6 Diese Anlage könnte 4 Stunden unter Volllast (6 MW) betrieben werden. Mit dieser Leistung könnten rund Haushalte (0,4 kwh Verbrauch pro Stunde) mit Strom versorgt werden. 4 von 6

Abbildung 1: Einsatzbereich Wasserturbinen (Quelle: http://www.c-turbines.ch/img/energie/wasser/einsatzbereich.

5 Abbildung 1: Einsatzbereich Wasserturbinen (Quelle: 4 Investitionskosten/Amortisationskosten Für die Planung einer Anlage wird die Wirtschaftlichkeit untersucht. Dazu müssen Investitionskosten und die voraussichtlichen Gewinne ermittelt werden. Mit einer geschätzten Investition von 60 bis 100 Mio. Euro (5.000 bis pro Kilowatt, Quelle: Abschnitt 1.6) - Turbinentechnik: 0 Mio km Rohrleitungen DN 4000: 20 Mio. - E-MSR + Pumpentechnik: 10 Mio. 5 von 6

6 und dem betrachteten Einsatz der Anlage anhand der EEX-Preiskurve im Turbinenbetrieb zu den 6 teuersten Stunden und im Pumpbetrieb jeweils zu den 7 günstigsten Stunden eines Tages ergab sich folgende Amortisationsdauer: Die im Abschnitt beschriebene Anlage, hätte im Jahr 2012 einen Deckungsbeitrag (Differenz der Erlöse von Turbinenbetrieb gegenüber den Aufwendungen im Pumpbetrieb) von ca erwirtschaften können. Daraus ergibt sich ein Amortisationszeitraum von: T - Amortisationsdauer G - Gesamtinvestition D - Deckungsbeitrag pro Jahr T G a D a Die errechnete Amortisationsdauer rechtfertigt eine Investition nicht. 6 von 6

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