Schwerkraft anstelle von Atomkraft Großspeicherlösungen für fluktuierende Erzeugung Prof. Dr....
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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)
KISTERS AG KISTERS Präsentation 11/04/23 21
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 [email protected] Furtwangen Fax 07723 50 34 78 www.solarserver.de