Benutzer:Lobovelo/AG Energie/Speicher/Pumpspeicher
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Arbeitsblatt zu Speichertechnologien
durch den rasanten Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland hat sich ein neues Problem aufgezeigt. Zum einen sind die Hochspannungsnetze darauf nicht ausgelegt und zum Anderen sind die beiden Säulen der erneuerbaren Energie, nämlich Wind- und Sonnenenergie, nicht grundlastfähig und nicht abrufbar wie wir sie benötigen. Von rund 7.800 Stunden im Jahr scheint die Sonne mal gerade gut 1.000 Stunden um damit Strom zu erzeugen und der Wind weht nur in ca. 3.300 Stunden genug um damit Strom zu erzeugen. Also sind wir gezwungen weiter die großen Grundlastkraftwerke zu betreiben um Deutschland sicher mit Strom zu versorgen.
Diese großen Kraftwerke sind aber sehr träge und man kann zwar die Leistung herunterfahren, aber ein totales Abschalten ist mit langen Abschalt- und Anfahrzeiten verbunden und ist nur mal kurz wenn gerade wenig Strom benötigt wird nicht möglich.
Also produzieren wir zu Zeiten wo uns die volle Sonnen- und Windenergie zur Verfügung steht bis zu 70% mehr Strom als wir verbrauchen können. Und da wir Strom zur Zeit nur bedingt speichern können haben die Netzbetreiber die größten Probleme damit ihre Netze stabil zu halten und den Strom zu neutralisieren. Wir haben also im Moment weniger Netzprobleme sondern viel mehr Speicherprobleme.
Und um die Sonnen- und Windenergie wirklich wirtschaftlich zu nutzen benötigen wir so schnell wie irgend möglich Speicher.
- Pufferspeicher
Zum Einen neue Pufferspeicher an den Wind- und Solarparks um die Einspeisung der dort erzeugten Energie zu regeln und zu glätten und eine gleichmäßige Einspeisung zu gewährleisten. Und um kurzzeitige Stromausfälle ( bis max 24 Stunden ) dort schon auszugleichen.
- Langzeitspeicher
Und zum Anderen benötigen wir ausreichend dimensionierte Langzeitspeicher um auch einen totalen Ausfall von Wind und Sonnenenergie über einen längeren Zeitraum ( bis zu 2 Wochen ) zu überbrücken.
- Kaltreserve
Somit bräuchten wir erst dann wenn diese Speicherkapazitäten ausgenutzt sind die sogenannte Kaltreserve hochfahren. Das können zum Beispiel moderne Gaskraftwerke sein die mit EE-Gas betrieben werden
Jetzt produzieren wir in energiestarken Zeiten viel zu viel erneuerbare Energie die wir zwar nicht benötigen aber auf Grund der Einspeisevergütung nach dem EEG trotzdem bezahlen müssen. Experten haben ausgerechnet das wir zur Zeit in Deutschland ca. 2,5 bis 3 Milliarden € im Jahr für Strom bezahlen den wir nicht verwerten können
Pumpspeicherkraftwerke
Das Pumpspeicherkraftwerk ist eine besondere Art des Speicherkraftwerkes. Es kann Strom erzeugen oder ihn durch Umwandlung speichern.
- Funktion
Je nachdem ob ein Überschuss oder ein Bedarf an Strom herrscht, arbeitet das Pumpspeicherkraftwerk in 2 Varianten. Wenn ein Überschuss an Energie herrscht, wird Wasser über Rohrleitungen in einen höhergelegenen Obersee gepumpt. Das Pumpspeicherkraftwerk besteht aus einer Einheit, auf der die Turbine, der Motor- Generator und die Pumpe angebracht sind. Wird Strom benötigt, so fliesst das Wasser vom Oberbecken in das Unterbecken und treibt dabei die Turbine an, welche wiederum den Generator antreibt und so Strom erzeugt. Wenn allerdings ein Überschuss an Energie herrscht, so wird das Wasser in das Oberbecken gepumpt, um es später wieder zur Stromerzeugung zu nutzen.
- Vor- und Nachteile
Ein Pumpspeicherkraftwerk kann innerhalb weniger Minuten auf seine volle Leistung kommen, im Gegensatz zu manch anderen Kraftwerken. Ausserdem ist diese Art von Kraftwerken auch schwarzstartfähig und kann so andere Kraftwerke bei einem totalen Stromausfall hochfahren. Der Nachteil ist, dass Pumpspeicherkraftwerke beim Hochpumpen des Wassers mehr Energie verbrauchen, als sie danach produzieren. Zusätzlich ist ein Bau eines solchen Kraftwerkes ein ziemlicher Eingriff in die Natur.
Standorte in Bayern
in Betrieb
- Happurg, 160 MW/h, Bj. 1958
- Langenprozelten, 160 MW/h, Bj. 1976
- Pfreimd, 135 MW/h, Bj. 1961
- Leitzachwerk I, 49 MW/h, Bj. 1929
- Leitzachwerk II, 44 MW/h, Bj. 1960
- Ruselkraftwerk, 39 MW/h, Bj. 1987
- Oberstdorf, 5 MW/h, Bj. 1992
insgesamt sind in Bayern gerade mal Pumpspeicherkraftwerke mit einer Leistung von ca. 600 MW/h und einer Gesamtkapazität von 3.250 MW in Betrieb.
Allein die 4 größten sonstigen Pumpspeicherkraftwerke in Deutschland haben jedes für sich eine bedeutend höhere Leistung als alle Bayerischen PSW zusammen.
Deutschland
- Goldisthal, 1.060 MW/h Leistung, 8.480 MW Kapazität
- Markersbach, 1.050 MW/h Leistung, 4.018 MW Kapazität
- Schluchsee, 980 MW/h Leistung, 6.073 MW Kapazität
- Waldeck II, 480 MW/h Leistung, 3.428 MW Kapazität
hier ein Beispiel dafür das ein Pumpspeicherkraftwerk sehr wohl auch in unsere Landschaft passt. Und wir hätten in Bayern im bayerischen Wald und im Alpenvorland ganz bestimmt geeignete Standorte für solche Projekte. Aber bisher hat sich die bayerische Staatsregierung immer auf die Atomkraft und die Energie-Konzerne verlassen und sich nie Gedanken darüber gemacht auch mal auf erneuerbare Energieträger umzuschalten.
hier noch einmal in einer kleinen Skizze die Funktionsweise eines Pumpspeicherkraftwerkes. Ein Oberbecken, ein Unterbecken welches mindestens das dreifache Fassungsvermögen hat und eine Maschinenhalle dazwischen. Die Maschinenhalle kann als Kaverne im Berg liegen oder oberirdisch direkt am Unterbecken.
Ich habe einfach mal auf Google Earth geschaut wo es in Bayern solche Standorte geben könnte und hatte innerhalb von 15 Minuten zwei Treffer. Der Vorteil beider Standorte:
- nahe an der Donau ( 5.000m und 7.000 m )
- auf Bergkuppen die absolut unbewohnt und teilweise sogar unbewaldet sind
- genug Höhendifferenz ( 350m und 200m )
- genug Fläche für große Oberbecken ( 7 Mio und >20 Mio m³ Speicherbecken )
- Gesamtleistung dieser beiden PSW wäre ca. 3.000 MW/h, fast 3 AKW
- Gesamtkapazität dieser beiden PSW wäre ca. 30 GW
Da ich selber in der Vergangenheit an einigen Staudamm- und Pumpspeicherkraftwerken mitgebaut habe denke ich mal das ich es grob beurteilen kann ob eine Region dafür geeignet ist.
neue Konzepte
Bisher wurden PSW ausschließlich gebaut und genutzt um Spitzenlasten abzufangen. Also wurde auf sehr hohe Spitzenleistungen und kurze Laufzeiten geplant. Durch die erneuerbaren Energien ist es aber jetzt notwndig die Spitzenleistungen der PV- und Windparks zwischen zu speichern und mittelmristig bedarfsgerecht dem Markt zur Verfügung zu stellen. Und da Pumpspeicherkraftwerke mit ca. 80% Wirkungsgrad die im Moment wirtschaftlichste Nutzung ist und diese Technik auch erprobt und bewährt ist sollte hier der vorrangige Ansatz liegen.
mögliche Standorte
- ehemalige große Tagebaugebiete in Deutschland
in ganz Deutschland gibt es eine Reihe Großtagebaue die entweder bereits komplett stillgelegt sind oder nur noch teilweise genutzt werden. Insbesondere im Braunkohlenrevier der Lausitz aber auch die großen Kalksteinbetriebe in NRW würden sich da anbieten. Meist sind von diesen ehemaligen Abbaulöchern nur noch große Wasserflächen zu sehen die aber teilweise > 100 m Wassertiefe ausweisen. Und meist sind die angrenzenden Flächen Landwirtschaftlich genutzt weil dort in unmittelbarer Nähe zu den Abbaubetrieben keine Bebauung stattfinden durfte. Und teilweise sind diese Flächen auch noch als Reserveflächen für die Rohstoffsicherung gedacht und werden von den Bergämtern kontrolliert. Ich habe nun einmal je eine Fläche in der Nähe von Wülfrath und eine in der Lausitz herausgenommen und eine kurze Überschlagskalkulation gemacht.
In beiden Fällen wäre das Unterbecken bereits nutzbar vorhanden. Und mit Volumen von 100.000.000 m³ und 225.000.000 m³ groß genug. Die entsprechenden Oberbecken würden auf vorhandenen Flächen direkt daneben plaziert. In Wülfrath käme ein Oberbecken von 12.000.000 m³ und 65 m Fallhöhe und in der Lausitz von 26.000.000 m³ bei 20 m Fallhöhe dabei heraus. Damit könnte man Kraftwerke installieren die bei einer 12-Stunden-Auslastung am Tag 2 Tage lang jeweils 75MW bzw. 50MW Strom produzieren ohne zwischendurch nachgefüllt zu werden. Da jedoch selbst in sonnen- und windarmen Zeiten in der Nacht noch überschüssiger Strom anfällt und in dieser Zeit nachgefüllt werden kann reichen diese Speicher aus um mindestens 3 Tage lang Grundlaststrom zu liefern. Und diese lange Zeitspanne reicht vollkommen aus um sowohl ein AKW als auch ein fossiles Grundlastkraftwerk ganz geplant und ohne Stress runter zu fahren und auch wieder hoch zu fahren. Und die Investitionskosten liegen in beiden Fällen auch bei akzeptablen 1.500 € je installierter KW/h
Und besonders in der Lausitz gibt es eine ganze Reiher sehr großer Alttagebaue die jetzt geflutet sind und an deren Rändern mehr als genügend Platz vorhanden ist um mindestens 20 solcher PSW zu installieren.
- auf dem flachen Land (Niedersachsen, MV, SH)
EE-Gas Speicher
100 % Erneuerbare Energien mit regenerativem Erdgas aus Wind- und Sonnenstrom Langfristig könnte das "Windgas" bzw. "Sonnengas" aus heimischer Erzeugung klimaschädliches Erdgas und andere fossile Energieträger sowie Atomstrom bei der Erzeugung von elektrischem Strom und Wärme ersetzen. Die technischen Voraussetzungen dafür sind vorhanden, allerdings fehlt es noch an den Marktbedingungen für den Einsatz der Technologie im großen Maßstab, wenngleich bereits mehrere Anlagen, darunter das Hybridkraftwerk der ENERTRAG AG bei Prenzlau, in Betrieb sind.
Schon heute müssen Windparkbetreiber ihre Windparks bisweilen wegen Netzüberlastung vom Netz nehmen, so dass deren Produktion verloren geht, auch wenn der Ertragsausfall in den meisten Fällen gemäß EEG erstattet wird.
Dieser Menge stehen zur Zeit nur 40 GWh deutscher Pumpspeicherkapazität gegenüber. Im Gegensatz zu diesen überschaubaren Speichermöglichkeiten könnte bereits das vorhandene Gasnetz soviel EE-Gas aufnehmen, dass man, entsprechende Verstromungskapazitäten vorausgesetzt, damit theoretisch über 100 TWh elektrischen Strom erzeugen könnte. Diese Kapazität entspricht einem Sechstel des jährlichen Stromverbrauchs in Deutschland von ca. 600 TWh (2010) und soll nach aktuellen Planungen bis 2030 noch einmal um 37 % erhöht werden. Eine elektrische Kapazität von 100 TWh würde somit ausreichen, um Deutschland zwei Monate lang mit elektrischem Strom zu versorgen. Mit regenerativem Erdgas könnte so das Ziel von 100 % grundlastfähigen Erneuerbaren Energien erreicht werden.
Das Problem der vom Bedarf entkoppelten Verfügbarkeit von Ökostrom könnte durch die Speicherung als EE-Gas gelöst werden. Dieses neue Potential der regenerativen Energien wird zunehmend auch in Wirtschaft und Politik gesehen, so dass ein weiterer Ausbau der Methanisierungskapazitäten zu erwarten ist.
- Funktion
- Vor- und Nachteile
