Schwerkraft anstelle von AtomkraftGroßspeicherlösungen für fluktuierende Erzeugung

Prof. Dr. Eduard HeindlHochschule Furtwangen University

9.-10. November 2010

KISTERS AG KISTERS Präsentation 11/04/23 2

Inhalt

• Geschäftsmodell- Technisches Grundprinzip- Skalierung des Systems

• Wirtschaftliche Betrachtungen - Grundannahmen

• Perspektiven- Exportchance

Geschäftsmodell Energiespeicher

17.-18.11.2009

KISTERS AG KISTERS Präsentation 11/04/23 4

Regenerative Energien

WindSonne

schwanken

Quelle der Spektren: Lueder von Bremen, EWEC 2009

Anteil in der Zukunft 60%

Anteil in der Zukunft40%

Speicher für 2 – 7 Stromtagesproduktionen

erforderlich!

Think Big!

Grundprinzip

HubraumWasserschloss h

•Wasser wird in den unterirdischen Hubraum gepumpt•Die Gesteinsmassen oberhalb heben sich•Bei Energiebedarf wird das Wasser über das Wasserschloss abgelassen

Energiespeichervolumen

h

D=2r

l

Mantelfläche:M = 2 * π * r * h = 4 * π * r² (1)

Effektive Dichteρ2 = ρ1 – ρ3 (2)

Potentielle Energie im SchwerefeldE = g * m * h (3)

Die effektive Masse des Zylinders m = π * r² * 2 h * ρ2 (4)

Gleichung (4) in Gleichung (3) eingesetzt, unter Berücksichtigung, dass h = r sein soll:E = g * π * r² * 2 * r * ρ2 * r (5)

Gleichung (5) zusammengefasst: E = 2 * π * g * ρ2 * r4

Bauarbeiten

1km

Versorgungs-schacht

Basistunnel Wasserzu -ablauf

Versorgungs-straße

BohrtürmeBohrlöcher

1. Tunnel

Bauarbeiten

1km

Versorgungs-straße

Bohrlöcher

1. Tunnel

Obere Sägestation

Untere Sägestation

Sägeseil

Sägevorgang

Oberfläche

1. Tunnel

Antrieb

geschnittenerBereich Sägeseil

Gestein

Bohrlöcher

r

Aussenwand I

Gebirge Kolben

mittlerer Tunnel

Podest

Dichte Wand

Stützstrebe

Dichtung

Wasser unter Druck

Sägeschlitz

Aussenwand II

Gebirge Kolben

Kolbenseite mittlerer Tunnel

Wasser unter Druck

Wand mit Abdichtung

Abdichtung aufbringen

Dichtung

Riß im Gebirge

Wassermenge

• Benötigte Wassermenge bei 500m Radius: 390 Mio. m³

• Zufluss bei einem Monat Füllzeit: 152m³/szum Vergleich:

- Schluchseekraftwerk: 80m³/s Ablauf- Rhein bei Speyer: 1.200m³/s Mittel

• Zufluss bei einer Woche Füllzeit: 650m³/s

• Die Wassermenge ist handhabbar, insbesondere, wenn man das System als Langzeitspeicher sieht

Anforderung an Speicher

☺Energie und Leistungsdichte 2.000kWh/m² (100*Speichersee)

☺ Schnelle Ansprechzeit Schwarzstartfähig

☺ Lebensdauer (praktisch unbegrenzt)☺ Hochstrombelastbarkeit

(Generatorenabhängig)☺ Geringe Anforderungen an Ladeelektronik (ja)☺ Geringes Sicherheitsrisiko (Sehr gering)☺ Hoher Wirkungsgrad (70-80%)☺ Geringer Wartungsbedarf (ja)☺ Einfache Bestimmung des Ladezustands (ja!)☺ Einfaches und kosten-effizientes Recycling (ja)

Nach Dirk Uwe Sauer

Wirtschaftliche Betrachtungen

17.-18.11.2009

KISTERS AG KISTERS Präsentation 11/04/23 17

Speicherkapazität

Energiespeichervolumen als Funktion des Radius

1

10

100

1.000

10.000

100.000

1.000.000

10.000.000

100.000.000

10 100 1000 10000

Radius r [m]

En

erg

ie [

GW

h]

500m

1.700 GWh

Beispiel

Tagesproduktion D

KISTERS AG KISTERS Präsentation 11/04/23 18

Kosten der Anlage

• Tunnelsystem 50.000€/m• Sägen 10€/m²• Verkleiden 100€/m²• Dichtung 1.000€/m• Turbinen• Generatoren 200€/kW• Pumpen

Kosten pro kWh SpeichervolumenKosten pro kWh Speichervolumen

(ohne Konverter)

0,00

0,01

0,10

1,00

10,00

100,00

1.000,00

10.000,00

10 100 1.000 10.000

Anlagenradius r [m]

Pre

is [

€/k

Wh

]

Pumpspeicherkraftwerke

0,39

500100 1.000

Beispielanlage

70€

KISTERS AG KISTERS Präsentation 11/04/23 20

Kosten pro kWh Speichervolumen mit Konverter

Kosten pro kWh Speichervolumen(Verschiedene Konverter)

0,00

0,01

0,10

1,00

10,00

100,00

1.000,00

10.000,00

10 100 1.000 10.000

Anlagenradius r [m]

Pre

is [

€/k

Wh

]

Pumpspeicherkraftwerke

0,39

500100 1.000

Beispielanlage

Tag

Woche

Monat

Jahr

200€/kW)

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Kalkulation

Baukosten Preis Einheit Mio €

Tunnel 50.000€/m 464

Sägen 10€/m² 39

Dichtfläche 100€/m² 157

Dichtung 1000€/m 3

Summe 664

KISTERS AG KISTERS Präsentation 11/04/23 22

Kalkulation

Kosten Mio €

Baukosten 664

Pumpen/Generator

200€/kWh(T=7d)

2.040

Summe 2.700

KISTERS AG KISTERS Präsentation 11/04/23 23

Return of Invest

Umsätze Mio €

Stromeinkauf pro Jahr

20€/MWh(T=100d)

490

Stromverkaufpro Jahr

70€/MWh(T=100d)

1.200

(Q=70%)

Überschuss pro Jahr

710

KISTERS AG KISTERS Präsentation 11/04/23 24

Return of Invest

• Innerhalb von vier Jahren hat sich die Anlage unter den vorgestellten Annahmen amortisiert

• Bei zunehmender Einspeisung aus regenerativen Quellen wird die Preisspanne zwischen Hoch- und Tiefstpreisphasen vermutlich deutlich größer

Perspektiven

17.-18.11.2009

KISTERS AG Referent, Firma 11/04/23 26

Think Big++!

Speicher für den Jahresbedarf Strom in Deutschland

Durchmesser: 4,4km Höhe: 2,2kmSpeichervolumen: 624 TWh

KISTERS AG Referent, Firma 11/04/23 27

Export

• Sollte diese Technologie erstmals in Deutschland erfolgreich eingesetzt werden, wäre ein Exportprodukt von erheblicher volkswirtschaftlicher Bedeutung geschaffen

• Mit dieser Technologie ist das Grundproblem der Erneuerbaren Energien, die Fluktuation der Quellen, gelöst

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Prof. Dr. Eduard HeindlRohrbacher Straße 6 Tel. 0177 21 83 578 eduard@heindl.deD-78120 Furtwangen Fax 07723 50 34 78 www.solarserver.de