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Matthias Puchta
11. Master Class Course Conference „Renewable Energies“, Berlin, 06.12.2016
Energiespeicherung am Meeresgrund
Quelle: Bild Hochtief
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FKZ: 0325584B
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Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec-120
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Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 2007)
Monat
Resid
ualla
st
(GW
)
Überschüsse: -187.7 TWh Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: -109.9 GW Maximale Residuallast 48.2 GW Defizite (Last > EE-Einspeisung)
Überschüsse (EE-Einspeisung > Last)
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Ausgleich notwendig
Quelle: IWES-Berechnungen für UBA Energieziel 100% Strom aus EE
Beispiel Szenario: 100% Erneuerbarer Strom in 2050
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Ausgleichsbedarf der Defizite – Beispielszenario 2050
Quelle: Daten nach BMU Leitstudie 2011
Unterschiedliche Anforderungen an Ausgleichsmöglichkeiten!
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Kapazitäten und Entladezeiten verschiedener Speicher
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CAES
1 TWh 10 TWh 100 TWh
CAES
Fly Wheels
Storage capacity of different storage systems
Dis
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Batteries
PHS
1 a SNG (PtG)
H 2
Stunden
Jahre
Wochen-/Monate
Tage
Spulen
Kapazität der Speichersysteme
E
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Pumpspeicherkraftwerke (PSW)
Funktionsprinzip:
• Speicherung potentieller Energie
Anwendungen:
• Kurz-Mittelfristiger Speicher (h-d)
• Netzdienstleistungen, Spitzenlast
Eigenschaften:
• Geringe Energiekosten
• Geographische Abhängigkeit
• Hohe Kapazität und Wirkungsgrade (bis 88%)
• Hohe Baukosten & Lange Bauzeit
Status & Trend:
• Ca. 99 % aller Kapazitäten (D: 7GW, 40GWh)
• Planungen D (!) +2,76 GW bis 2020
• Weltweit 152GW *
• F&E: Neuartige Gefällenutzung
*Quelle: http://www.agitano.com/ ; Quelle Bild rechts unten: bmwi-energiewende.de; Quelle Grafik rechts oben: eon | Grafik Bayrischer Rundfunk (BR); Quelle Karte rechts oben: http://www.energystorageexchange.org/
PSW Goldisthal, 1GW, 8h, 302m
Ca. 340 Projekte
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Weitergedacht. Offshore Pumpspeicherkraftwerk Projekt STENSEA
Betonkugel entspricht unterem Speicherbecken eines PSW
Quelle: Bild Hochtief, Funktionsschema IWES
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Phase 1
Machbarkeit
Phase 2
Modellversuch
Phase 3
Pilotversuch
Entwicklungsphasen Projekt STENSEA
[ ] Projektbeteiligte: Fraunhofer IWES, Hochtief, Uni-Stuttgart
Idee: Prof. Horst Schmidt-Böcking, Prof. Gerhard Luther
Laufzeit BMWi-Förderprojekt bis 06/2017 (Phase 1 und 2)
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Phase 1
Machbarkeit
Phase 2
Modellversuch
Phase 3
Pilotversuch
Entwicklungsphasen Projekt STENSEA
[ ]
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Technische Daten STENSEA Konzept
Material: Beton
Turbine: 5 MW
Entladezeit: 4 h
Kapazität: 20 MWh
Wirkungsgrad: 80-85 %
Durchmesser: 30 m
Wandstärke: 2,70 m
Speichervolumen: 12.000 m³
Druck: 70 bar/700m
Gewicht: > Auftriebskraft!
Quelle: Bilder oben und unten links Hochtief
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GIS-basierte Potentialanalyse (600-800m Wassertiefe)
Land Potential [TWh]
Weltweit ~817
Top 10 Welt ~628
Top 10 EU ~166
USA ~75
Japan ~70
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GIS-basierte Potentialanalyse Rund 1000 km² Potential in Norwegischer Rinne 8 GWh /1 km² ~8 TWh theoretische Speicherkapazität
Offshore Grid
Possible Connection to the Grid
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Spezifische Investitionskosten Speichertechnologien Metastudie Energiespeicher
Quellen: UMSICHT, IWES; Metastudie Energiespeicher für BMWi
Szenario: 5-120 Kugeln pro Speicherfarm 4.000 h/a bzw. 1.000 Zyklen/a
Ergebnis: Investitionskosten 7,8 bis 9,9 M€/Kugel Spezifische Investitionskosten 1.500 bis 2.000 €/kW Zyklenkosten1,6 €ct/kWh bis 2,0 €ct/kWh
STENSEA
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Phase 1
Machbarkeit
Phase 2
Modellversuch
Phase 3
Pilotversuch
Entwicklungsphasen Projekt STENSEA
[ ]
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Modellversuch im Bodensee (1:10)
Technologieerprobung
Versuch 11/2016-12/2016 (ca. 4 Wochen)
100m Wassertiefe Standortidentifikation mit
Karten des ISF (Projekt Tiefenschärfe)
Ziel: Ergebnisübertragung auf 1:1 Anlage
Überlingen
Quelle Straßenkarte oben: Google Maps, Quelle Tiefenprofil Bodensee Projekt Tiefenschärfe ISF
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Konstruktion der Betonkugel
Quelle: Hochtief Solutions AG
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Transport der Kugel zum IWES Testgelände Bad Hersfeld
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Labortests auf IWES-Testgelände in Bad Hersfeld
Tests der einzelnen Komponenten
Inbetriebnahme der einzelnen Komponenten
Integration in das Gesamtsystem
Test des Gesamtsystems
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Modellversuch im Bodensee
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Modellversuch im Bodensee
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Modellversuch im Bodensee
Modellversuch bereits erfolgreich!
Datenanalyse läuft
Rückbau ab 06.12.2016
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Phase 1
Machbarkeit
Phase 2
Modellversuch
Phase 3
Pilotversuch
Entwicklungsphasen Projekt STENSEA
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…eine Speicheroption der Zukunft!
Dipl.-Ing. Matthias Puchta
Abteilungsleiter Energiespeicher
Bereich Energieverfahrenstechnik
Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik
E-Mail: [email protected]
Website: http://s.fhg.de/stensea , www.battery-simulation.de
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© Fraunhofer IWES
Weitere Infos im Web unter http://s.fhg.de/stensea