Nutzung von vorhandenen, künstlichen Strukturen für die Errichtung von Pumpspeicherkraftwerken Thomas Weiss, Detlef Schulz Helmut Schmidt Universität Institut für Elektrische Energiesysteme Hamburg 16.11.2014 1
Inhalt Speicherbedarf? Warum Pumpspeicher? Konzept für PSW in Tagebauen Konzept für PSW in den Bundeswasserstraßen Konzept für PSW in Flutungspoldern Zusammenfassung 2
Speicherbedarf? Deutschlandweit aktuell ca. 25 % des Stroms aus Erneuerbaren Energien In Brandenburg bereits 2011 fast 45 % nur aus Windenergie In Brandenburg sind über 15 % der deutschlandweiten WEA-Leistung und über 5 % der PV Leistung installiert Es leben aber nur 3 % der Bevölkerung hier 3
Warum Pumpspeicherkraftwerke? Technologie Langzeitspeicherung Kosten (aktuell) in ct/kwh Kosten (zukünftig) In ct/kwh H 2 23 9 (in >10 Jahren) CAES 38 22 (in >10 Jahren) PSW 3 to 11 Keine Veränderung Technologie Kurzzeitspeicherung Kosten (aktuell) in ct/kwh Kosten (zukünftig) In ct/kwh H 2 24 11 (in >10 Jahren) CAES 6 3 (in >10 Jahren) PSW 2,5 to 5,5 Keine Veränderung H 2 : Wasserstoff, CAES: Compressed Air Energy Storage, PSW: Pumpspeicherkraftwerk Quelle: VDE Studie 2009 + PSW ist einzige Technologie die momentan konkret und in relevantem Maßstab zur Verfügung steht Abhängig von geologischen Rahmenbedingungen Großer Platzbedarf Steigende öffentliche Opposition gegen Neubauprojekte 4
Funktionsweise PSW Pumpspeicherwerk In Deutschland insgesamt 7 GW, Pumpspeicherwerk Goldisthal: Leistung 1060 MW Speicherkapazität 8480 MWh E = Q ρ g pw h nutz Investitionskosten: 1000-2000 Euro/kW mit h nutz = (h OW - h UW ) 5
36 Tagebauseen: Gesamtfläche von 14.657 ha, Gesamtvolumen von 2.343 Mio. m 3 Quelle: LMBV, 31.12.2007
36 Tagebauseen: Gesamtfläche von 14.657 ha, Gesamtvolumen von 2.343 Mio. m 3 Quelle: LMBV, 31.12.2007
Pumpspeicher in Tagebaustrukturen 8
Pumpspeicher in Tagebaustrukturen Nutzung einer Kaverne für das Maschinenhaus 9
Speicherpotential Lausitzer und mitteldeutsches Gebiet 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
Speicherpotential Gespeicherte Energie: E E = m g p h p = ρ V g p h p (1) E p 1 = ρ V g hp (2) [kwh] 6 3,6 10 Annahmen a) nur ein Zehntel der Tagebauseen ist für Pumpspeicherwerke geeignet b) eine mittlere Fallhöhe von 80 m: E 1 3,6 10 kg m m 9,81 2 s 3 6 3 p = 10 450 10 m 80 m = 6 3 98,1GWh 11
PSW in den Bundeswasserstraßen Source: W. Finke et al., 2004 12
PSW in den Bundeswasserstraßen Lock/canal lift Height difference in m Boundaries in cm Installed Pumps in m 3 /s Storable energy in kwh Scharnebeck 38 20 23.00 50,097 Uelzen 23 20 28.00 54,401 Anderten 14,7 20 9.60 34,769 Sülfeld 9 20 24.00 21,287 Rothensee 16 40 17.50 63,771 13
PSW in Flutungspoldern Quelle: (Haselsteiner, 2007) 16.11.2014 Thomas Weiss - IYCE 2013, Siofok, Hungary 14
PSW in Flutungspoldern Polder Speicherkapazität [MWh] Aussig 168 Köttlitz 74 Dröschkau-Ammelgosswitz 159 Döbelitz-Kranichau 190 Dautzschen 463 Polbitz 60 Dommitzsch 128 Axien-Mauken 590 1.832 Bei Simultanbetrieb aller Polder und summiertem Durchfluss von insgesamt 100 m³/s durch die Turbinen: Über einen Zeitraum von 12 Tagen kann eine Leistung von knapp 6 MW eingespeist werden. Der Durchfluss und somit die Leistung ist begrenzt durch den Abfluss der Elbe => Vollständige Nutzung des theoretischen Potentials nur als Langzeitspeicher möglich 16.11.2014 15
Zusammenfassung PSW können in künstliche Strukturen eingebracht werden Hohe Speicherkapazitäten im Norden möglich Geringe Fallhöhen Teilweise gute Genehmigungs- und Realisierungschancen Wirtschaftliche Rahmenbedingungen bleiben zu prüfen Rechtsrahmen momentan ungünstig (Netznutzungsentgelte, Kompensationszahlungen für abgeschaltete WEA) Mittelfristig hohes erzeugungsnahes Speicherpotenzial 16.11.2014 Thomas Weiss - IYCE 2013, Siofok, Hungary 16