Wasserkraft - Pumpspeicherwerke Flashcards
Einführung und Zielsetzung
Speicherung von Energie
- Aktueller und zukünftiger Ausbau Erneuerbarer Energien
- Ausbau von Energiespeichern erforderlich
- Pumpspeicherkraftwerke als wichtige
- Speichertechnologie
- Bereitstellung von Regelleistung
- Netzentlastung
- Schwarzstartfähigkeit
- Blindleistungs- bzw. Spannungsregelung
- Lastglättung
- Bereitstellung von Reserveenergie
Grundlagen
• In Deutschland: 33 installierte PSW • Gesamtleistung 6674 MW • Größtes PSW: Goldisthal mit 1060 MW • In NRW: Rönkhausen 140 MW und Herdecke 154 MW • In Bau: Erweiterung Vianden • In Planung: PSW Atdorf • In Vorbereitung: zahlreiche Standorte • Gesamtpotentiale: ca. 300 GW mit 2 bis 3 TWh
Speichertechnologien
Art der Speicherung
Mechanische (kinematische oder potenzielle) Energie
- Pumpspeicherkraftwerk
- Druckluftspeicherkraftwerk
- Schwundgrad
Speichertechnologien
Art der Speicherung
Elektrochemische (chemische Bindungsenergie)
• Wasserstoff • Batterien: - Blei - Nickel-Cadmium - Nickel-Metall-Hybrid - Lithium - Natrium-Schwefel - Natrium-Nickel-Chlorid - Redox-Flow - Hybrid-Flow
Speichertechnologien
Art der Speicherung
Elektrische (elektromagnetische) oder statische Felder
- Supraleitende Spulen
* Doppelschichtkondensation
Wie funktioniert ein PSW?
s.10
Vorteile von PSW
• energetische Nutzung des Wasserkreislaufes
• Schonung und Entlastung der Umwelt aufgrund fehlender Abfälle und ohne
CO2
-Ausstoss
• hoher Wirtschaftsfaktor
• schnelle Verfügbarkeit zusätzlicher Energie
• hohe Lebensdauer
• bewährte Technologie
• niedrige Betriebskosten, Möglichkeiten zur Energiespeicherung
• hoher Erntefaktor
• Verbesserung der ökologischen Verhältnisse
Nachteile von PSW
• großen Entfernungen zwischen günstigen Standorten und den
Verbraucherzentren
• Auswirkungen auf anderweitig nutzbare Flächen und ökologisch wertvolle
Lebensräume,
• Energieverluste ca. 22%
Ideen für neue
Pumpspeicherwerke
Klassische Konzepte
- Erweiterung bestehender Anlagen
- Klassische Pumpspeicherwerke mit Ober- und Unterbecken
- Nutzung bestehender Talsperren
Ideen für neue
Pumpspeicherwerke
Neue Konzepte
- Nutzung alter Erz- oder Steinkohlebergwerke
- Bau unterirdischer Kavernen
- Nutzung der Wasserstraßen
- Nutzung der Tagebaurestlöcher
- Ringwallspeicher
- Gravity-Speicher
- …. und viele, viele andere Ideen
Ideen für neue
Pumpspeicherwerke
Bilder
- Klassische Pumpspeicherwerke mit Ober- und Unterbecken
- Nutzung bestehender Talsperren (Potentialstudie NRW)
- Nutzung bestehender Talsperren (Planungen Trianel)
- Nutzung alter Erz- und Steinkohlebergwerke
- Bau unterirdischer Kavernen
- Nutzung der Bundeswasserstraßen
- Gravity Speicher
- Haldenspeicher
- Sonstige Ideen
- Ringwallspeicher
- Tagebau als Speichermöglichkeit
Derzeitige Aktivitäten am IWW
- Hybride Modellierung von Unterflurkraft-werken
- Freibordbemessung von Pumpspeicher-werken
- Analyse von Monitoringdaten von PSW
- Risikountersuchungen zu Dämmen
- Potentialanalysen
- Untersuchungen zur Wirtschaftlichkeit von PSW
- Standortscreening für Unterflurkraftwerke
Motivation für
Unterflurkraftwerke
• Aktueller und zukünftiger Ausbau Erneuerbarer Energien
• Ausbau von Energiespeichern erforderlich
• Pumpspeicherkraftwerke als wichtige Speichertechnologie
• Seit ca. 50 Jahren Diskussionen über Pumpspeicherkraftwerke mit
unterirdischem Tiefspeicher – bisher keine Realisierung
• Aktuelle Fragestellungen:
- Technik
- Ökonomie
- Genehmigungsfähigkeit
Motivation für
Unterflurkraftwerke
• Aktueller und zukünftiger Ausbau Erneuerbarer Energien
• Ausbau von Energiespeichern erforderlich
• Pumpspeicherkraftwerke als wichtige Speichertechnologie
• Seit ca. 50 Jahren Diskussionen über Pumpspeicherkraftwerke mit
unterirdischem Tiefspeicher – bisher keine Realisierung
• Aktuelle Forschungen:
- Nutzung von bestehenden Hohlräumen
- Entwicklung neuer Systeme
Zielsetzung
Forschungsziel
I
- Rolle im Stromversorgungssystem soll ausnahmslos erfüllt werden
- Untersuchung hydrodynamischer Vorgänge
- Technik
- Strömungsverhalten des Wassers im Tiefspeicher
Zielsetzung
Forschungsziel
II
- Rolle im Stromversorgungssystem soll ausnahmslos erfüllt werden
- Untersuchung hydrodynamischer Vorgänge
- Entwicklung geeigneter Geometrie
- Nutzung von bestehenden Hohlräumen
- Entwicklung neuer Systeme
Zielsetzung
Forschungsziel
III
- Rolle im Stromversorgungssystem soll ausnahmslos erfüllt werden
- Untersuchung hydrodynamischer Vorgänge
- Entwicklung geeigneter Geometrie
- Oberbecken
- Einlass
- Fallleitung
- Maschinenkaverne (Trafo)
- Stromleitungen
- Belüftung
- Tiefspeicher
Zielsetzung
Forschungsziel
IV
- Rolle im Stromversorgungssystem soll ausnahmslos erfüllt werden
- Untersuchung hydrodynamischer Vorgänge
- Entwicklung geeigneter Geometrie
-> Untersuchung eines idealisierten Systems
Zielsetzung
Forschungsziel
V
• Rolle im Stromversorgungssystem soll ausnahmslos erfüllt werden
• Untersuchung hydrodynamischer Vorgänge
• Entwicklung geeigneter Geometrie
→ Untersuchung eines idealisierten Systems
Zielsetzung
Forschungsziel
VI
- Rolle im Stromversorgungssystem soll ausnahmslos erfüllt werden
- Untersuchung hydrodynamischer Vorgänge
- Entwicklung geeigneter Geometrie
- Methodik: Hybride Modellierung
- Experimentelle Modellierung
- Numerische Modellierung
Weitere Aktivitäten am IWW
Tagebau & Pumpspeicherwerke
Kennwerte
Garzweiler
Betriebsbeginn: 2006 Fläche: 2300 ha Tiefe: 190m Jährliche Kohleförderung: 35-40 Mio. t Wasserspiegel: + 65 mNN Beginn Befüllung: ab 2045 Ende Befüllung: ca. 2085 Restseefläche: ca. 23 km² Volumen Restsee: 2000 Mio. m³ Füllung: Rheinwasser Füllmenge: 60 Mio. m³/Jahr
Kennwerte
Hambach
Betriebsbeginn: 1978 Fläche: 4000 ha Tiefe: 300m Jährliche Kohleförderung: 40-45 Mio. t Wasserspiegel: + 65 mNN Beginn Befüllung: ab 2045 Ende Befüllung: ca. 2090 Restseefläche: ca. 40 km² Volumen Restsee: 4600 Mio. m³ Füllung: Rheinwasser Füllmenge: 270 Mio. m³/Jahr
Kennwerte
Inden
Betriebsbeginn: 1978 Fläche: 1170 ha Tiefe: 180m Jährliche Kohleförderung: 20-25 Mio. t Wasserspiegel: + 92 mNN Beginn Befüllung: ab 2032 Ende Befüllung: ca. 2050/55 Restseefläche: ca. 11,7 km² Volumen Restsee: 800 Mio. m³ Füllung: Rurwasser Füllmenge: 50 bis 60 Mio. m³/Jahr
Sind Tagebaue als PSW
geeignet?
Unterbecken im Tagebaurestloch und Oberbecken auf Geländehöhe
Nachteile
- Dauerhafte Sümpfung erforderlich (hohe Kosten)
- Gefahr von Böschungsinstabilitäten
- Gesellschaftliche Akzeptanz großer Löcher?
- Vereinbarkeit mit Tagebaubetrieb / Restseefüllung
Ungeeignet
Sind Tagebaue als PSW
geeignet?
Unterbecken im Tagebaurestloch und Oberbecken auf Geländehöhe
Nachteile
- Kosten
- Böschungssicherheit
- Gesellschaftliche Akzeptanz?
- Vereinbarkeit mit Tagebaubetrieb / Restseefüllung
- Ökologie?
Sind Tagebaue als PSW
geeignet?
Energiegewinnung aus der Füllung des Restsees
Nachteile
- Schwimmende Plattform für Maschinenkaverne?
- Leistung nimmt zunehmenden Wasserstand ab
- kein Pumpspeicherwerk
- Betriebsende nach Füllung des Restsees
(geeignet)
Sind Tagebaue als PSW
geeignet?
Unterirdische Kavernen als Unterbecken
Nachteile
- Hohe Kosten
- Nutzung erst nach Tagebauende möglich
- Kräfte / Drücke auf die Kavernen des Unterbeckens
- Vereinbarkeit mit Tagebaubetrieb
ungeeignet
Sind Tagebaue als PSW
geeignet?
Option 5 bis 7
• Nutzung einer Speicherlamelle im Restsee zur Wasserkrafterzeugung
geeignet
- Verbindung von zwei Restseen
- Verbindung Tagebau – ehemaliges Steinkohlebergwerk
- …
Tagebau – Optionen ???
- Ober- und Unterbecken im Tagebau
- Oberbecken auf Sophienhöhe und Restsee als Unterbecken
- Befüllung des Restsees
- Speicherlamelle im Restsee
- Verbindung von zwei Restseen
- Kombination mit alten Steinkohlebergwerken
- Trennmauer
- Unterirdische Röhrensysteme
Tagebau – Randbedingungen
• Geringe Konflikte mit Naturschutz und Bevölkerung
• Langfristige Option (kurzfristig wg. Braunkohleabbau nicht
realisierbar)
• Wirtschaftlichkeit (Nutzung der Füllung des Restsees)
• Sozio-ökonomische Begleitforschung (Akzeptanz?)
• Technische Machbarkeit – Wissenschaftliche Untersuchung !
Fazit und Ausblick
• Speichermöglichkeiten im Niederrheinischen Braunkohlerevier sind grundsätzlich vorhanden!
• Wiss. Untersuchung zur techn. Machbarkeit, Wirtschaftlichkeit
und Akzeptanz ist erforderlich!
• Pumpspeicherwerke werden auch in Zukunft benötigt!
• Rentabilität derzeit unklar!
• Viele innovative Ideen für Pumpspeicherwerke!
• Unterflurkraftwerke könnten eine Lösung sein!
• Viele hydrodynamische, bodenmechanische, bergbauliche,
genehmigungsrechtliche und sonstige Fragen
sind noch zu klären!
• Viel Forschungsbedarf!
Ungleichmäßiger Strombedarf (Tag/Nacht) - Kraftwerkstypen
Grundlast
- thermische Kraftwerke
- Kernkraftwerke
- Laufwasserkraftwerke
Ungleichmäßiger Strombedarf (Tag/Nacht) - Kraftwerkstypen
Mittellast
- Steinkohlekraftwerke
- Gaskraftwerke
- Öl
- Speicherwasserkraftwerke
Ungleichmäßiger Strombedarf (Tag/Nacht) - Kraftwerkstypen
Spitzenlast
- Gasturbinen
- Speicherkraftwerke
- Pumpspeicherkraftwerke
