1 W I S S E N T E C H N I K L E I D E N S C H A F T Institute of Hydraulic Engineering and Water Resources Value of Pumped Storage Hydropower Wolfgang Richter - TU Graz G. Zenz - TU Graz K. Vereide - NTNU Trondheim www.tugraz.at
2 Älteste PSKW Eingeweiher in Schaffhausen seit 106 Jahren im Betrieb Leistung: 5 MW Höhe 144 m Speicher: 70 000 m³ (Quelle:Von Wandervogel - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=12644156)
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6 Announced and contracted projects Conclusion more small batteries then some large PSH but the main power is in PSH
7 Österreichische PSKW
8 Cost of Battery packs vs. spez. Kosten PSKW OVW 2 = 19,23 /kwh Lim2+3 = 10,76 /kwh Kopswerk 2= 4,23 /kwh Quelle: http://rameznaam.com/2015/04/14/energy-storage-about-to-get-big-and-cheap/ Kostenvergleich Investionskosten : PSKW Limberg 2 und Limberg 3 ~ 850 Mio. / 79 GWh 10,76 /kwh Kopswerk II 360 Mio. / 85 GWh 4,23 /kwh Obervermuntwerk II 500 Mio. / 26 GWh 19,23 /kwh
9 Spezifische kosten elektr. Speicherung Quelle: Vahrenholt_2012_Die Wettbewerbsfähigkeit erneuerbarer Energien, ET
10 Trend Hochdruckanlagen PSKW in Österreich
11 Life cycle assessment Power production
12 Energiespeicher Potential Österreichische Pumpspeicher (elektrisch) Quelle: Sterner, Stadler, 2014 - bearbeitet
13 Nordsee Situation PSKW - Kabel Quelle: foroffshore.com
14 Vergleich Blåsjø 50 GW PSKW
15 Vergleich Blåsjø 10 GW PSKW
16 Study of Blåsjø - PSH Quelle: Mareano.no
17 Studie Norwegen 50 GW PSKW, 5000 m³/s Fallhöhe Large freshwater reservoir 1055 m a.s.l. Study of invisible subsea arrangement and separation of lower reservoir rubber tubes Study of subsea girder 0.0 m a.s.l. Unlined Power tunnel Unlined Power shaft Head ~ 1000 m 930 m a.s.l. Freshwater tube filled Power Cavern Salty seawater Freshwater tube empty Depth of Fjord ~ 300-450 m
18 Kleine PSKW im dezentralen Netz Head < 100 m Upper reservoir as buried pipe system Lower reservoir as buried pipe system Power house with pump and turbine
19 Lernkurve PSKW - Innovationen Flexibilisierung hohe Zyklenstabilität Maschinelle Frequenzumrichter Pumpturbinen Volldynamische Auslegung Bautechnische Komplexe Wasserschlösser (Bindeglied E-Technik, Bautechnik und Maschinenbau) Regelbarkeit, Drucksstoß, Druckluftwasserschlösser (PSKW Kops 2)
20 Bestand KW mit Ausbau einer neuen Stufe
21 Surge developement at TU Graz 1D-Numerics 3D-Numerics Physical model test head [m.a.s.l.] Fluid level (m) 2060 2055 2050 2045 2040 2035 2030 2025 2020 2015 2010 2005 2000 1995 1990 1985 1980 1975 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 waterfall discharge 540 560 580 Time (s) Time [s] Fluid level SURGTW Schacht Krespa 600 620 640 660 680 700 720 740 760 780 800 Discharge WEIR Einlauf OK Ü Fast transient simulation Surge tank size Throttle concept Water hammer reflection Check of stability criterion 100 80 60 40 20-20 -40-60 -80-100 -120-140 -160-180 -200 discharge Discharge (m3/s)[m³/s] 3D-Flow evaluation Variants investigation Multiphase flow simulations Throttle investigations Overall check Transient behavior of total Throttle proof Additional measurements Visualization
22 Ausblick Lernkurve PSKW Dezentrale PSKW Kleine PSKW evtl. Mit Wärmespeicher Zentraler Einsatz Kombinerte PSKW mit großen Wärmespeicher als Langzeitspeicher Isoliert, teilisoliert, Kavernensysteme (geschlossener Wasserkreislauf)
23 Vorteile PSKW CO2 schonende Speicherung (0,005 kg CO2 eq/kwh) Günstigste Stromspeicherung < 10ct/KWh (auf 20 Jahre)
24 References Solvang et. al. Norwegian Hydropower for large-scale energy balancing needs Sintef Energy Research, TR A7227, 2014 Killingtveit Presentation: Design of Future Pumped Storage Hydropower in Norway CEDREN, (Sintef, NTNU, NINA ) Vahrenholt Die Wettbewerbsfähigkeit erneuerbarer Energien ET 2012 Ingebretsen and Johansen, The Profitability of Pumped Hydro Storage in Norway Masterthesis, Norwegian School of Economics, Bergen 2014
25 Vielen Dank