Detlef Schulz Fachgebiet lektrische nergiesysteme Speicherpotenziale von Pumpspeicherwerken in Tagebaurestlöchern ehemaliger Braunkohlereviere Forum Netzintegration, Deutsche Umwelthilfe, Berlin, 30.09.2009 1 Inhalt Lokale Windenergie-Leistung Tagebaustrukturen Neue Pumpspeicherwerke Potenzial von Tagebaurestlöchern Speichererfordernisse VD-Studie nergiespeicher Annahmen der Studie Bewertung der VD-Studie Zusammenfassung 2
Windenergieeinspeisung pro Kopf Bundesländer (2008) - Sachsen-Anhalt (37,2%) - Mecklenburg-Vorpommern (34,4%) - Schleswig-Holstein (33,5%) - Brandenburg (30%) - überproportionale Konzentration im östlichen und nördlichen Teil Deutschlands: lokale Lösungsansätze erforderlich - in den Bundesländern Brandenburg, Sachsen und Sachsen-Anhalt existieren zahlreiche Restlöcher von Tagebauen 3 36 Tagebauseen: Gesamtfläche von 14.657 ha, Gesamtvolumen von 2.343 Mio. m 3 Quelle: LMBV, 31.12.2007 4
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Querschnitt durch einen Braunkohletagebau gewachsener Boden, feste Seite Bergbau: Winkel unter 60 keine Rutschungen 7 Konzept: Pumpspeicherwerk in einem Tagebaurestloch muss neu angelegt werden gewachsener Boden, feste Seite Bergbau: Winkel unter 60 keine Rutschungen 8
32 Restseen mit einer Gesamtfläche von 11.861 ha und einem Gesamtvolumen von 2.168 Mio. m 3 Quelle: LMBV, 31.12.2007 9 Gesamtkapazität der Restseen beider Gebiete Beide Gebiete haben zusammen 68 Restseen mit einer Gesamtfläche von 26.518 ha und einem Gesamtvolumen von 4.511 Mio. m 3 Nicht alle Seen sind geeignet für die Installation von Pumpspeicherwerken, die Voraussetzungen sind: - großes Speichervolumen - stabile geologische Bedingungen - Möglichkeiten für den Netzanschluss von einigen GW Leistung 10
Speicherkapazität eines Zehntels der Restseen Gespeicherte nergie: = m g p h p = ρ V g p h p (1) p 1 = ρ V g h 6 3,6 10 p (2) [kwh] Annahmen a) nur ein Zehntel der Tagebauseen ist für Pumpspeicherwerke geeignet b) eine mittlere Fallhöhe von 80 m: 1 3 kg 6 3 m p = 10 450 10 m 9,81 80 m = 98,1GWh 6 3 2 3,6 10 m s Wirkungsgrad 80%: Zum Vergleich: 78,48 GW gespeicherte Leistung nde 2008 aus WA 23,9 GW (40 TWh) 11 Kraftwerksleistung in Deutschland Kraftwerksleistung 124,3 GW Gesicherte Leistung 86,2 GW Gesamtleistung Windenergie ndausbau 20,5 bis 28,5 GW 2009 Onshore 24 GW On- und Offshore 44,5 bis 52,5 GW Anteil an Kraftwerksleistung überschlägig mit heutiger Onshoreund zukünftiger Offshore-Leistung 35,8 % bis 42,2 % Bei der nergieerzeugung müssen die Benutzungsstundenzahlen berücksichtigt werden! Quelle: VDN e.v., Stand 2007 12
Speicherkapazität im Jahr 2030, 35% JHL a) Annahme: 2030 werden 50 % der elektrischen nergie regenerativ gewandelt: d.h. 50 % von 550 TWh: 275 TWh b) Worst case: 70 % der ern. nergien sind eine Woche nicht verfügbar, 35 % der Jahreshöchstlast müssen über eine Woche gespeichert werden: 77,8 GW * 7 * 24 * 0,35 = 4575 GWh unrealistisches Szenario: JHL im Winter, dann fällt Windenergie nicht komplett aus 1. rforderliche potenzielle nergie 4575 GWh 0,8 el p = = = η 5718,75 GWh 2. rforderliches Volumen der PSW bei mittlerer Fallhöhe von z.b. 80 m: V = p 3,6 10 ρ g h p 6 5718,75 kwh 10 3,6 10 = 3 kg m 10 9,81 80 m 3 2 m s 6 Selbst die Nutzung aller betrachteten Bergbauseen würde nicht ausreichen praktisch können Restlöcher genutzt werden, die noch nicht geflutet sind 6 = 2,6 10 10 m 3 = 26000 Mio m 3 13 Speicherkapazität im Jahr 2030, 7,5% JHL a) Annahme: 2030 werden 50 % der elektrischen nergie regenerativ gewandelt: d.h. 50 % von 550 TWh: 275 TWh b) nur zur Veranschaulichung: Nutzung aller Tagebauseen mit 4.511 Mio. m 3 praktisch nicht möglich, da schon geflutet 1 3 kg 6 3 m p = 10 4511 10 m 9,81 80 m = 983GWh 6 3 2 3,6 10 m s damit könnten 7,52 % der Jahreshöchstlast gespeichert werden: 77,8 GW * 7 * 24 * 0,0752 = 983 GWh zum Größenvergleich bestehende Pumpspeicher: 7 GW Leistung in Deutschland, Speicherkapazität 40 GWh zum Größenvergleich lektromobilität: 150.000 Fahrzeuge (75% des Zweitwagenbestands in Berlin) stellen über 30 min je 5 kw bereit: 750 MW über 30 min: 375 MWh mit 1000 Städten in der Größe von Berlin speichert man 375 GWh 14
Vorteile von Pumpspeicherwerken in Tagebauen Finanziell Verringerte Investitionskosten, da unterer Speichersee schon vorhanden zum Vergleich: Richtgröße neues PSW: ca. 3000 /kw Kostenhalbierung wird angestrebt Bau kann im Rahmen der Rekultivierung erfolgen (Rekultivierungsmittel) Organisatorisch Keine Umsiedlung bzw. Abholzung mehr Genehmigungsverfahren evt. einfacher, da Bergrecht Akzeptanz Gewerbesteuer langfristig für strukturschwache Regionen Wirtschaftliche Fahrweise der PSW: a) orientiert an den Börsenpreisen für elektrische nergie b) zum Ausgleich von Lastspitzen In der Praxis gibt es eine hohe Übereinstimmung dieser Szenarien, daher kann von einer wirtschaftlichen Betriebsweise ausgegangen werden. 15 16
rgebnisse der VD-Studie 6) nergiespeicher in Stromversorgungsnetzen mit hohem Anteil erneuerbarer nergieträger, VD-Studie, Dezember 2008, S. 9: s ist erforderlich, eine Woche zu speichern, um thermische Kraftwerke zu ersetzen. Wurde die Möglichkeit des europaweiten nergieaustauschs betrachtet? (NORGR-Projekt Norwegen-Deutschland, 1,4 GW) 17 rgebnisse der VD-Studie 7) nergiespeicher in Stromversorgungsnetzen mit hohem Anteil erneuerbarer nergieträger, VD-Studie, Dezember 2008, S. 9:? Zentrale Großspeicher sind teuer und damit finanziell riskant Wasserstoff als Kraftstoff ist eine zukünftige Lösung Großspeicher sind kalkulierbar und zuverlässig, Wasserstoff kann schon heute in das rdgasnetz eingespeist werden 18
Wechselwirkung Annahme rgebnis VD-Studie nergiespeicher in Stromversorgungsnetzen mit hohem Anteil erneuerbarer nergieträger, VD-Studie, Dezember 2008, S. 22: Fehlerhafte Annahmen der Studie: Innovationspotenziale werden nur sehr einseitig im Automobilbereich berücksichtigt (lektromobilität) 19 Wechselwirkung Annahme rgebnis VD-Studie nergiespeicher in Stromversorgungsnetzen mit hohem Anteil erneuerbarer nergieträger, VD-Studie, Dezember 2008, S. 51: Fehlerhafte Annahmen führen zu fehlerhaften rgebnissen: untersucht werden unterirdische und oberirdische Pumpspeicher 20
Wechselwirkung Annahme rgebnis VD-Studie nergiespeicher in Stromversorgungsnetzen mit hohem Anteil erneuerbarer nergieträger, VD-Studie, Dezember 2008, S. 52: Batterien haben eine vergleichsweise kurze Lebensdauer Wie umweltfreundlich sind Batterien? Wie viel Lithium gibt der Markt her? 21 Zusammenfassung Lokale Windenergie-Leistung Tagebaustrukturen Neue Pumpspeicherwerke Potenzial von Tagebaurestlöchern Speichererfordernisse VD-Studie nergiespeicher Annahmen der Studie Bewertung der VD-Studie Zusammenfassung 22