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Talsperren & Wasserkraft > Wasserkraft - Pumpspeicherwerke > Flashcards

Wasserkraft - Pumpspeicherwerke Flashcards

1
Q

Einführung und Zielsetzung

Speicherung von Energie

A
  • 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
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2
Q

Grundlagen

A 
• 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
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3
Q

Speichertechnologien

Art der Speicherung

Mechanische (kinematische oder potenzielle) Energie

A
  • Pumpspeicherkraftwerk
  • Druckluftspeicherkraftwerk
  • Schwundgrad
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4
Q

Speichertechnologien

Art der Speicherung

Elektrochemische (chemische Bindungsenergie)

A 
• Wasserstoff
• Batterien:
- Blei
- Nickel-Cadmium
- Nickel-Metall-Hybrid
- Lithium
- Natrium-Schwefel
- Natrium-Nickel-Chlorid
- Redox-Flow
- Hybrid-Flow
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5
Q

Speichertechnologien

Art der Speicherung

Elektrische (elektromagnetische) oder statische Felder

A
  • Supraleitende Spulen

* Doppelschichtkondensation

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6
Q

Wie funktioniert ein PSW?

A

s.10

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7
Q

Vorteile von PSW

A

• 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

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8
Q

Nachteile von PSW

A

• großen Entfernungen zwischen günstigen Standorten und den
Verbraucherzentren
• Auswirkungen auf anderweitig nutzbare Flächen und ökologisch wertvolle
Lebensräume,
• Energieverluste ca. 22%

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9
Q

Ideen für neue
Pumpspeicherwerke

Klassische Konzepte

A
  • Erweiterung bestehender Anlagen
  • Klassische Pumpspeicherwerke mit Ober- und Unterbecken
  • Nutzung bestehender Talsperren
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10
Q

Ideen für neue
Pumpspeicherwerke

Neue Konzepte

A
  • Nutzung alter Erz- oder Steinkohlebergwerke
  • Bau unterirdischer Kavernen
  • Nutzung der Wasserstraßen
  • Nutzung der Tagebaurestlöcher
  • Ringwallspeicher
  • Gravity-Speicher
  • …. und viele, viele andere Ideen
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11
Q

Ideen für neue
Pumpspeicherwerke

Bilder

A
  1. Klassische Pumpspeicherwerke mit Ober- und Unterbecken
  2. Nutzung bestehender Talsperren (Potentialstudie NRW)
  3. Nutzung bestehender Talsperren (Planungen Trianel)
  4. Nutzung alter Erz- und Steinkohlebergwerke
  5. Bau unterirdischer Kavernen
  6. Nutzung der Bundeswasserstraßen
  7. Gravity Speicher
  8. Haldenspeicher
  9. Sonstige Ideen
    - Ringwallspeicher
    - Tagebau als Speichermöglichkeit
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12
Q

Derzeitige Aktivitäten am IWW

A
  • 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
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13
Q

Motivation für

Unterflurkraftwerke

A

• 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
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14
Q

Motivation für

Unterflurkraftwerke

A

• 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
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15
Q

Zielsetzung
Forschungsziel

I

A
  • Rolle im Stromversorgungssystem soll ausnahmslos erfüllt werden
  • Untersuchung hydrodynamischer Vorgänge
  • Technik
  • Strömungsverhalten des Wassers im Tiefspeicher
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16
Q

Zielsetzung
Forschungsziel

II

A
  • Rolle im Stromversorgungssystem soll ausnahmslos erfüllt werden
  • Untersuchung hydrodynamischer Vorgänge
  • Entwicklung geeigneter Geometrie
  • Nutzung von bestehenden Hohlräumen
  • Entwicklung neuer Systeme
17
Q

Zielsetzung
Forschungsziel

III

A
  • Rolle im Stromversorgungssystem soll ausnahmslos erfüllt werden
  • Untersuchung hydrodynamischer Vorgänge
  • Entwicklung geeigneter Geometrie
  1. Oberbecken
  2. Einlass
  3. Fallleitung
  4. Maschinenkaverne (Trafo)
  5. Stromleitungen
  6. Belüftung
  7. Tiefspeicher
18
Q

Zielsetzung
Forschungsziel

IV

A
  • Rolle im Stromversorgungssystem soll ausnahmslos erfüllt werden
  • Untersuchung hydrodynamischer Vorgänge
  • Entwicklung geeigneter Geometrie

-> Untersuchung eines idealisierten Systems

19
Q

Zielsetzung
Forschungsziel

V

A

• Rolle im Stromversorgungssystem soll ausnahmslos erfüllt werden
• Untersuchung hydrodynamischer Vorgänge
• Entwicklung geeigneter Geometrie
→ Untersuchung eines idealisierten Systems

20
Q

Zielsetzung
Forschungsziel

VI

A
  • Rolle im Stromversorgungssystem soll ausnahmslos erfüllt werden
  • Untersuchung hydrodynamischer Vorgänge
  • Entwicklung geeigneter Geometrie
  • Methodik: Hybride Modellierung
  • Experimentelle Modellierung
  • Numerische Modellierung
21
Q

Weitere Aktivitäten am IWW

A

Tagebau & Pumpspeicherwerke

22
Q

Kennwerte

Garzweiler

A 
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
23
Q

Kennwerte

Hambach

A 
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
24
Q

Kennwerte

Inden

A 
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
25
Q

Sind Tagebaue als PSW
geeignet?

Unterbecken im Tagebaurestloch und Oberbecken auf Geländehöhe

Nachteile

A
  1. Dauerhafte Sümpfung erforderlich (hohe Kosten)
  2. Gefahr von Böschungsinstabilitäten
  3. Gesellschaftliche Akzeptanz großer Löcher?
  4. Vereinbarkeit mit Tagebaubetrieb / Restseefüllung

Ungeeignet

26
Q

Sind Tagebaue als PSW
geeignet?

Unterbecken im Tagebaurestloch und Oberbecken auf Geländehöhe

Nachteile

A
  1. Kosten
  2. Böschungssicherheit
  3. Gesellschaftliche Akzeptanz?
  4. Vereinbarkeit mit Tagebaubetrieb / Restseefüllung
  5. Ökologie?
27
Q

Sind Tagebaue als PSW
geeignet?

Energiegewinnung aus der Füllung des Restsees

Nachteile

A
  1. Schwimmende Plattform für Maschinenkaverne?
  2. Leistung nimmt zunehmenden Wasserstand ab
  3. kein Pumpspeicherwerk
  4. Betriebsende nach Füllung des Restsees

(geeignet)

28
Q

Sind Tagebaue als PSW
geeignet?

Unterirdische Kavernen als Unterbecken

Nachteile

A
  1. Hohe Kosten
  2. Nutzung erst nach Tagebauende möglich
  3. Kräfte / Drücke auf die Kavernen des Unterbeckens
  4. Vereinbarkeit mit Tagebaubetrieb

ungeeignet

29
Q

Sind Tagebaue als PSW
geeignet?

Option 5 bis 7

A

• Nutzung einer Speicherlamelle im Restsee zur Wasserkrafterzeugung

geeignet

  • Verbindung von zwei Restseen
  • Verbindung Tagebau – ehemaliges Steinkohlebergwerk
  • …
30
Q

Tagebau – Optionen ???

A
  • 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
31
Q

Tagebau – Randbedingungen

A

• 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 !

32
Q

Fazit und Ausblick

A

• 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!

33
Q

Ungleichmäßiger Strombedarf (Tag/Nacht) - Kraftwerkstypen

Grundlast

A
  • thermische Kraftwerke
  • Kernkraftwerke
  • Laufwasserkraftwerke
34
Q

Ungleichmäßiger Strombedarf (Tag/Nacht) - Kraftwerkstypen

Mittellast

A
  • Steinkohlekraftwerke
  • Gaskraftwerke
  • Öl
  • Speicherwasserkraftwerke
35
Q

Ungleichmäßiger Strombedarf (Tag/Nacht) - Kraftwerkstypen

Spitzenlast

A
  • Gasturbinen
  • Speicherkraftwerke
  • Pumpspeicherkraftwerke

Talsperren & Wasserkraft (20 decks)

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