Status der Entwicklung des adiabaten Druckluftspeichers ADELE · PDF fileSeite 1 Status der...

Seite 1

Status der Entwicklung des

adiabaten Druckluftspeichers

ADELE

Leopoldina-Symposium, 6. Februar 2014, Halle

Innovative Kraftwerkstechnik, Forschung und Entwicklung, RWE Power AG

RWE Power Aktiengesellschaft, Innovative Kraftwerkstechnik, Dr. Peter Moser 06.02.2014 Seite 2

ADELE – Das Konzept Reiner Stromspeicher – Minimierung der Verluste

Pe

l

Kompression mit

Zwischenkühlung

Minimierung der

Verlustwärme

Wärmespeicher

Expansionsturbine

Laden

Kaverne

Lufteinlass

GM

Luftauslass

Pel

Entladen


ADELE – Das Konzept Zielgrößen und Standortpotentiale

ADELE – Adiabate Druckluftspeicher

für die Energieversorgung

Zielgröße für kommerzielle Anlage:

ca. 240 MW Kompressorleistung

ca. 260 MW Turbinenleistung

ca. 1 GWh Speicherkapazität (≙ 4 Turbinen-Volllaststunden)

keine CO2-Emission

Wirkungsgrad 70%

Spezifische Kosten wie Pumpspeicher

ADELE ist ein Tagesspeicher

Vorkommen von

Salzlagerstätten

Ausbaupotential für

adiabate Druckluftspeicher

in Deutschland ca. 30 GW

mit starker regionaler

Korrelation zum Ausbau

von Windenergieanlagen

Regionen mit

geeigneten

Salzlagerstätten

Windgeschwindigkeit in 50 m Höhe

Geschwindigkeit m/s


ADELE-ING – Ausgangskonzept

ADELE Basis-Konzept:

Hochtemperatur-Regenerator-

Wärmespeicher

Kostenreduktionspotentiale:

1. Niedrigere Prozesstemperaturen

(günstigere Materialien für Rohrleitungen,

Armaturen und Turbomaschinen)

2. Innenisolierte Heißgasleitungen

(günstigere Materialien für Rohrleitungen,

robust gegen thermischen Stress)

3. Wärmespeicher in einem Sekundärkreislauf

(Trennung des Problems „Druckspeicherung“

und „HT-Wärmespeicherung“)

4. Wärmespeicherung (fest/flüssig)

Schmelzsalz-, Thermoölspeicher

5. Mehrstufiges Konzept

(zweimalige Wärmeentnahme auf niedrigem

Temperaturniveau, günstigere Materialien,

Standardkomponenten)

4 h 260 MWel 6,5 h 240 MWel

Konzept zu teuer ND-

Kompressor

ND-

Turbine

HD-

Kompressor

HD-

Turbine

Kaverne

M/G

Tank

Thermoöl

(heiß)

Aftercooler

ND

Wärme-

speicher

Tank

Thermoöl

(kalt)

ND

Kompressor Turbine

HD

Kompressor

K avern e

HT - HD

Wärme -

speicher

M / G

Intercooler

Aft ercooler

Case 7

Temperatur 650°C

Druck 65 bar

70%

Luftstrom 300 kg/s

Zwischenkühler

Nachkühler


Das Entwicklungsprogramm ADELE


AP1 Koordination

AP2 Systemintegration

AP3 Gesamtplanung

AP4 Wärmespeicher

AP5 Turbomaschinen

AP6 Kaverne

ADELE-ING – acht Partner, sechs Arbeitspakete

http://www.jetzt-aber-ovgu.de/jetzt-aber-ovgu/images/ovgu_logo.gif

http://www.iosb.fraunhofer.de/


ADELE-ING – Konzept-Review

ND

KompressorTurbine

HD

Kompressor

Kaverne

HT-HD

Wärme-

speicher

M/

G

Intercooler

Aftercooler

Kaverne

Gas-Gas Wärme-

übertrager HT-ND

Wärme-

speicher

ND

KompressorTurbine

HD

Kompressor

M/

G

Intercooler

Aftercooler

Tank

Salz-

schmelze

(heiß)

Tank

Thermoöl

(heiß)

Kaverne

Tank

Salz-

schmelze

(kalt)

Tank

Thermoöl

(kalt)

ND

KompressorTurbine

HD

Kompressor

M/

G

Inter-

cooler

Aftercooler

ND-

Kompressor

ND-

Turbine

HD-

Kompressor

HD-

Turbine

Kaverne

M/G

Tank

Thermoöl

(heiß)

Aftercooler

ND

Wärme-

speicher

Tank

Thermoöl

(kalt)

Hochtemperatur-

Regenerator-

Wärmespeicher

Regenerator-

Wärmespeicher im

Sekundärkreislauf

Schmelzsalz-/

Thermoöl-

Wärmespeicher

Mehrstufiger Prozess

mit Niedrigtemperatur-

Wärmespeicher

Technisch-wirtschaftlicher Vergleich von zehn alternativen

Anlagenkonfigurationen:

> Temperaturniveau: 550, 610, 650, ca. 300 °C

> Innenisolierte Rohrleitung, Stahlrohrleitungen

> Wärmespeicher mit Entkopplung Druck / hohe Temperatur

> Wärmespeichermedium Schüttung, Öl, Salzschmelze

Ziel: Identifikation und Bestätigung des endgültigen ADELE-ING-Designs


ADELE-ING – Konzept-Review

Für alle Varianten wurden erarbeitet:

> Anlagenkonzept auf Basis gemeinschaftlich entwickelter Prozessfließbilder / R&I-Schemata

> Rohrleitungs- und Komponentendimensionierungen sowie Materialauswahl

> Aufstellungspläne, Flächenbedarfe und Rohrleitungslängen

> Wirtschaftliche Bewertung, Verfügbarkeits- und Risikoanalyse

Sehr hoher Detaillierungsgrad und genaue Kostenschätzung

Subsystem 2

Wärmespeicher

Subsystem 1

Wärmeübertrager

Anlagenebene


ADELE-ING – Konzept-Review Kostenreduzierung durch Druckabsenkung

Validierung im

Großversuch

Wärmespeicher-

Design

D

D

15 bar

Kostenreduktion wichtigstes Entwicklungsziel

Kostenreduktionspotential durch Druckabsenkung

Senkung technisches Risiko durch Absenkung T und p

65 bar

Auslegung

Konzept

ca. 50 m

ca. 24 m


ADELE-ING: Erste Konzeptvorauswahl Mitte 2013 Wärmespeicher (WS) mit Flüssig- und Feststoff-Inventar

ND-

Kompressor

ND-

Turbine

HD-

Kompressor

HD-

Turbine

Kaverne

M/G

Tank

Thermoöl

(heiß)

Aftercooler

ND

Wärme-

speicher

Tank

Thermoöl

(kalt)

Niedertemperatur, mehrstufig WS Schmelzsalz – Thermoöl WS

Tank

Salz-

schmelze

(heiß)

Tank

Thermoöl

(heiß)

Kaverne

Tank

Salz-

schmelze

(kalt)

Tank

Thermoöl

(kalt)

ND

KompressorTurbine

HD

Kompressor

M/

G

Inter-

cooler

Aftercooler

(flüssig)

(fest)

Niederdruck

Feststoff WS

Hochdruck WS:

Die drei Vorzugsvarianten verhalten sich technisch und ökonomisch sehr

ähnlich und wurden mit hoher Detailschärfe weiterentwickelt.


ADELE-ING: Investitionskosten & Wirkungsgrade

65,8% 65,8% 64,8% 66,8% 62,8% 62,2% 65,5% 65,1% 69,0% 67,9% Wirkungsgrad

66,2% 66,8% 67,9% Wirkungsgrad

Ergebnisse der

ersten Auswahlrunde:

Drei bevorzugte

Konzepte ausgewählt

für weitere

Untersuchungen

Optimierung der drei

Konzepte in zweiter

Jahreshälfte 2013:

- weitere Kostenreduktion

erreicht

- Kosten wurden

weiter detailliert

Kostenschätzung 1. Auswahlrunde [M€]

Finale Kostenschätzung Meilenstein 1 [M€]


> Technische Ziele der Phase 1 von ADELE-ING wurden erreicht:

Aus insgesamt zehn technischen Verfahrensvarianten wurden

drei favorisierte Anlagenkonzepte ausgewählt.

Die technische Machbarkeit wurde bestätigt und

eine Vielzahl von potentiellen Standorten in Deutschland identifiziert.

Investitionskosten < 1.300 €/kWel

Wirkungsgrad 66% bis 68%.

> Adiabate Druckluftspeicher stellen eine Alternative

zu Pumpspeichern dar.

Fazit 1 - Technische Entwicklung von ADELE


Wirtschaftlichkeitsvergleich der drei besten ADELE-Konzepte: Basis: Historische Strompreisreihen (2008, 2011, 2012)

Deckungsbeiträge auf Basis stundenscharfer Strompreiskurven (historische EEX Spotmarktpreise)

Nur Erlöse am Wholesale-Markt angenommen. Potentielle Regelenergie-Erlöse nachrangig: Schrumpfendes

Marktvolumen, sinkende Preise und ungewisse Marktregularien.

IBN 2020, Lebensdauer 40a

Methodik

Renditeanforderungen werden nicht erfüllt

-0.5% -2.1%

3.1%

-0.8% -2.5%

2.9%

-1.0% -2.9%

2.7%

Case 9

Case 10

Case 7 2008

2011

2012

+ Interner Zinsfuß (nach Steuern) –

real konstante Fortschreibung der maximal möglichen Deckungsbeiträge aus den Jahren 2008, 2011 und 2012 über die Lebensdauer


ADELE-ING - Wirtschaftlichkeit Verfall der Preis-Spreads trifft nicht nur alle Speicher…

Ausblick - Wirtschaftlichkeit August 2013

Historische Spreads:

€/MWh

Ø 6 h

niedrigste

pro Tag

Ø 4 h

höchste

pro Tag

2007 19,76 61,09

2008 39,20 93,12

2009 21,44 55,73

2010 30,29 58,06


ADELE-ING - Wirtschaftlichkeit …sondern auch Konkurrenztechnologien

Einsatz von Spitzenkraftanlagen: 400 MW GuD-Kraftwerk

in den Jahren 2009 und 2011

Anlagenbetrieb Juni/Juli 2009 Anlagenbetrieb Juni/Juli 2011

Konsequenz mittelfristig: Stilllegungen oder Rückbau


> Die Wirtschaftlichkeit ist unter gegebenen Marktbedingungen nicht erreichbar

und die zukünftige Entwicklung unsicher.

Dies gilt nicht nur für den adiabaten Druckluftspeicher, sondern allgemein für

(nicht subventionierte) Stromspeicher.

> Bei dem sehr hohen Investitionsvolumen sind die Risiken für die Realisierung

einer „first-of-its-kind“-Demonstrationsanlage beim derzeitigen Strompreisniveau

zu hoch.

> Die Ausrichtung der Technologieentwicklung im Rahmen von ADELE-ING ist

entsprechend mit dem Ziel neu zu justieren, die zukünftige Einnahmesituation zu

untersuchen und weiter zu optimieren.

Fazit 2 - Wirtschaftlichkeit von ADELE und

anderen Stromspeichern derzeit nicht gegeben

Status der Entwicklung des adiabaten Druckluftspeichers ADELE · PDF fileSeite 1 Status der...

Documents

Transcript of Status der Entwicklung des adiabaten Druckluftspeichers ADELE · PDF fileSeite 1 Status der...