SlideShare ist ein Scribd-Unternehmen logo
Der Lageenergiespeicher

                        Lösung des Stromspeicher-Problems?




                                                                                     1
Referent: Prof. Dr. Eduard Heindl, Hochschule Furtwangen | Der Lageenergiespeicher
Der Lageenergiespeicher:
    Lösung des Stromspeicher-Problems?




Prof. Dr. rer. nat. Eduard          Heindl Hochschule Furtwangen University,
2. VDI-Fachkonferenz Stationäre Energiespeicher für Erneuerbare Energien, Karlsruhe, 21. Juni 2012
Heindl 2012



                     Fragen
     • Grundprinzip des hydraulischen
       Lageenergiespeichers
     • Bau eines Lageenergiespeichers
     • Eigenschaften des Speichers aus
       technischer Sicht
     • Wirtschaftlichkeit des Speicherkonzepts
     • Mögliche Standorte und Geschäftsmodell

                                                 3
Heindl 2012


          Grundprinzip des Lageenergiespeichers


                Stromnetz                                      r

                                                          E~r4
                                                 2r

                            Verbindung

              Pumpe                                                      hmax=r
                                                      Wasservolumen
              und Turbine


  o Bei niedrigen Strompreis: Wasser wird unter eine Felsmasse gepumpt
  o Die hydraulischen Kräfte heben die Felsmasse
  o Bei hohem Strompreis: Stromerzeugung mit Turbine + Generator
                                                                             4
Heindl 2012



                   Speicherkapazität
                  r                Masse ~   r³
                                   Maximale Höhe ~ r
     l=2r


                                   Speicherkapazität:
                        h=r
                                     E=      2πgρ*r4

                                     Kosten ~     r²
   Wichtigster
   Vorteil
                 Je größer der Radius, desto günstiger die
                 Speicherung einer kWh (~1/r²)               5
Heindl 2012



                                Konstruktion
                                      Bohrtürme
                  Baustellen-
                    straße


                                       Bohrlöcher


              1. Tunnel



                                                    Schacht
          Basistunnel/
         Wassereinlass



                                                              6
Heindl 2012



                   Abtrennung Bodenplatte
     • Bergmännische Ausräumung


                        Abdichtung


          Basis-        Abraum                     2. Tunnel
                                        Schräm-
          tunnel       verstopfen       maschine



                           Abdichtung

       Seitenansicht
                                                         7
Heindl 2012



       Abtrennung Bodenplatte, Aufsicht

              Basistunnel
                                        Geschnittener
  Ausgebrochenes                        Fels
      Material
                                                  Ursprünglicher
                                                  Fels
                            Schram-
                              Ma-
                             schine




                                      2. Tunnel
     Aufsicht
                                                                   8
Heindl 2012



                   Abtrennung Bodenplatte
                                      excavated
     • Abgetrennte         Bodenfläche material


                       Abdichtung


          Basis-                      Aufgebrochenes   2. Tunnel
          tunnel                          Material



                         Abdichtung

       Seitenansicht
                                                             9
Heindl 2012



               Seitenwände abtrennen
                                     Bohrlöcher
                  Baustraße


                                      Obere Säge



              1.Tunnel

                                       Untere Säge

                         Seilsägen




                                                     10
Heindl 2012

              Aussägen des Felszylinders mit
                   Diamant Seilsägen

                                           Bohrlöcher
                              Antrieb



                                        Fels




               Geschnittene
               Fläche              r    Diamant
                                        Seilsäge


              1. Tunnel
       Seitenansicht                                    11
Heindl 2012



                          Diamant Seilsägen

                                          Bohrlöcher
                            traction



                                       Fels
      Geschnittene
      Fläche



                                 r     Diamant
                                       Seilsäge


              1. Tunnel
       Seitenansicht                                   12
Heindl 2012



                   Aussenschacht
                                Versorgungs-
                                   tunnel
  Aufgrund der
  Felsmechanik wird
  der Außenschacht
  V-Förmig geschnitten
                                      Seilsägen


                         Fels                     Zylinder

                                                  Felsen
                                Versorgungs-
                                   tunnel         Ausgebrochenes
                                                      Material
                         Seitenansicht
                                                           13
Heindl 2012



                        Schachtform
                                 Versorgungs-
                                    tunnel
  Aufgrund des
  Bergdrucks wird
  sich der Zylinder
  nach der Entlastung
  ausdehnen                               Graben


                          Fels                     Zylinder
                                    Bergdruck      Bergdruck


                                 Versorgungs-
                                    tunnel         Ausgebrochenes
                                                       Material
                          Seitenansicht
                                                           14
Heindl 2012



              Abdichtung Seitenwände
                               Versorgungs-
                                  tunnel
  Die Oberflächen des
  Gesteins werden mit
  wasserdichter
  Geomembran-Folie
  überzogen                        Abdichtung


                        Fels                    Zylinder


                               Versorgungs-
                                  tunnel        Ausgebrochenes
                                                    Material
                        Seitenansicht
                                                       15
Heindl 2012



                          Zylinder freigelegt

                    Baustraße




              1. Tunnel

                                          Die Wände und der
                                          Boden des
              2. Tunnel                   Zylinders sind jetzt
                                          von der Umgebung
                                          abgetrennt

                                                            16
Heindl 2011




              17
Heindl 2012



      Die Abdichtung ist von zentraler Bedeutung

                                                  Felssicherung

                                Dichtungsring



                     Metall
                                schwimmender
                                Felszylinder
              Abdichtung,
              um den Fels
               trocken zu     Wasser im
                  halten      Zylinder-Hohlraum



                                                                  18
Heindl 2012



                 Dichtung
                  Metall
                             Gelenk für
                             bewegliche
                              Dichtung
                  Stahl



    Fels außen
                                  Podest


                  Dichtung

                                           Zylinder
                                              19
Heindl 2011



              Setup: Multi-sealing



                           v

     rock
                           v
                               podest

                           v



                           v
                                        piston
                                          20
Heindl 2012



                     Zylinder Positionierung
     • Vier Quadranten Kontrolle
                                                   Niederdruck-
                                                     dichtung
                                                       1 bar


                Hochdruck_
                 dichtung

                                           Pumpe
                        Niederdruck-
                          dichtung     x     Zylinder         x
      Niederdruck-
        dichtung




                                                                  21
Heindl 2012



                               Sicherheit
 Das System bekommt ein Sicherheitssystem das auf physikalischen Gesetzen beruht




               blähend unter
                  Wasser-                                   1. Zusatz
                 berührung                                Dichtungsring

                                  floating piston
                 Blockade
              aufgrund hohen                                2. Zusatz
               Durchflusses                               Dichtungsring
                                Wasser im
                                Zylinder-Hohlraum



                                                                           22
Heindl 2012



                              Technische Daten
     Radius [m]                        62,5                  125                  250              500
    Durchmesser [m]                           125                     250                   500          1.000
    Volumen Fels [m³]                 1.534.000             12.272.000           98.175.000       785.398.000
    Masse Fels [t]                  3.988.000             31.907.000           255.254.000* 2.042.040.000
    Druck [Bar]                                26                         52                103            206
    Druck oben [Bar]                            20                        39                 78            157
                                                                                                             **
    Energie [GWh]                             0,5                         8                 124          1.980

                                                                                        r
     Abhängigkeit vom Radius:
     • Druck wächst linear
                                                                           p     m=ρV
     • Masse wächst in der 3. Potenz
     • Energie wächst in der 4. Potenz


    * Entspricht etwa der Ladekapazität aller Kontainerschiffe weltweit                                     23
    ** Entspricht etwa Tagesproduktion der deutschen Energiewirtschaft
Heindl 2012



                                  Felswände



                     300m
                                                                1000m

                                       80m




                                                                                   24
   Risin og Kellingin, Färöern (Heindl/Pustlauck)   Salto Ángel, Venezuela (Wikipedia)
Heindl 2012



                                  Leistungsdaten
     Radius [m]                            62,5                 125          250                 500
    Energie [GWh]                                 0,5                   8               124            1.980
    Wasservolumen [m³]                      767.000            6.136.000     49.087.000        392.699.000*
    Energiedichte [kWh/m³]                       0,63                 1,26              2,52            5,04
    8 Stunden
    Leistungsentnahme
    [MW]                                           60              967**        15.466             247.462



                                                                                    r
     Abhängigkeit vom Radius:
     • Energiedichte im Wasser wächst linear
     • theoretische Leistungsabnahme
       wächst mit der 4. Potenz

                                                                                V
    * Entspricht einer Absenkung des Bodensee um einen Meter                                             25
    ** Typisches Pumpspeicherkraftwerk in Deutschland
Heindl 2012



                        Wasser - Generator
   Radius [m]                                   62,5       125         250           500
   Energie [GWh]                                  0,5              8           124         1.980
   Wasserablauf 8h [m³/s]                          27            213        1.704         13.635
   Wasserablauf 168h [m³/s](Woche)                1,3        10,1*              81          649
   Wasserablauf 720h [m³/s] (Monat)               0,3            2,4            19          152
   Turbine/Pumpe 8h [MW]                           60            967       15.466        247.462
   Turbine/Pumpe 168h [MW](Woche)                      3          46           736        11.784
   Turbine/Pumpe 720h [MW] (Monat)                     1          11           172         2.750

                                                                           r
     Anmerkung:
     • Leistung wird auf längere Zeiträume verteilt
     • Wasserablauf und Wasserzulauf
       gegebenenfalls über Speichersee
       gedämpft
                                                                       V             G
    * Wasserentnahme Schluchseewerke am Rhein                                                      26
Heindl 2012



     Speicherbedarf pro Einwohner in D
     • 21 kWh Strom pro Tag
     • 147 kWh Strom pro Woche (vermuteter Bedarf)
     • Batteriepreise
          – Bleiakku 150€/kWh (Weltvorrat 64 Mio t)
          – Lithium 1000€/kWh (14 Mio t)
     • Speicher für eine Woche,
       Kosten pro Person
          25.000€ (2,2t) ... 130.000 €
            Speicherkosten in Deutschland:
            2.000 Mrd.€ ... 10.400 Mrd.€ !!
                                                      27
Heindl 2012



                         Wirtschaftlichkeit
    Radius [m]              62,5         125         250         500
    Energie [GWh]                  0,5          8          124         1.980
    Wert einer
    Speicherladung bei
    100€/MWh [T€]                  48          773    12.400      198.000
    Einnahmen bei 100
    Speicherzyklen à
    100€/MWh [Mio.€]                5          77      1.237       19.797
    20 Jahre 25 Zyklen
    [Mio.€]                        24          386     6.187       98.985
    20 Jahre 300 Zyklen
    [Mio.€]                        290    4.640       74.239     1.187.817




                                                                         28
Heindl 2012



     Kostenschätzung für 500 m-Radius
     Tunnel                    10.000 €/m      73 Mio. €

     Bohren                      500 €/m      157 Mio. €

     Sägen                        10 €/m²      63 Mio. €

     Abraum                       20 €/m³     126 Mio. €

     Bodenplatte abtrennen      1.000 €/m²    785 Mio. €

     Dichtfläche (Edelstahl)     200 €/m²     157 Mio. €

     Abdichtung                  100 €/m²     393 Mio. €

     Dichtungsring             10.000 €/m      31 Mio. €

     Summe                                   1.785 Mio. €   29
Heindl 2012



              Wirtschaftliche Betrachtung

        Radius [m]              62,5           125         250      500

        Kapazität [GWh]           0.5            8         125     2000
        Investitionskosten*
        [Mio.€]                   39           131         472     1,785
        Mögliche
        Einnahmen [Mio.€]        290         4.640        6.187   19.797
        Investment
        per kWh* [€]              81            17           4      0,90

           Preis eines
          Pumpspeicher-
            kraftwerks
          *Alle Angaben ohne Turbinen und Infrastruktur                    30
Heindl 2012



     Wirtschaftlichkeit Speicherkraftwerk
                               Randbedingungen:
                               Strom EK = 20€/MWh
                               Strom VK = 140€/MWh
                               Turbine = 200.000€/MW
                               Speicher = 168h
                               SpeicherA = 0,70€/kWh
                               SpeicherA0= 1,6TWh




                                              31
Heindl 2012



              Rendite Erdgaskraftwerk
                                Randbedingungen:
                                Gas EK = 77,3€/MWhel
                                Strom VK = 140€/MWh
                                Turbine = 200.000€/MW




                                               32
Heindl 2012



              Rendite Erdgaskraftwerk
                                Randbedingungen:
                                Gas EK = 77,3€/MWhel
                                Strom VK = 140€/MWh
                                Turbine = 200.000€/MW




                                                 33
Heindl 2012



              Speicherbedarf [de]
Heindl 2012


              Option: Speichersanierung


                               150 m
                                       1,2 GWh
                                       75m




Pilotprojekt                    Bereits wirtschaftliche Größe
Relativ kurzfristig möglich     Flächen verfügbar
Aufbau im Rahmen einer
         Beckensanierung
Heindl 2012


          Beispiel: Speicherbecken Atdorf


                                     14 GWh
                                         300m

                                                150m




praktisch keine Sichtstörung   günstige Pumpsituation
geringer Natureingriff         geringster Landschaftsverbrauch
keine Überflutung              Interesse Landesregierung BW
Heindl 2012


              Vision




               1km




                       37
Heindl 2012


              Think Big!




                   1km
                             500m   1600GWh*



               *netto Kapazität
                                               38
Heindl 2012



                Übersicht Standortbedingungen

     • Geologische Bedingungen: möglichst kompaktes,
         einheitliches Gestein mit geringer Neigung zur Zerklüftung.
         Kein Gebirge erforderlich!
     • Hydrologische Bedingungen: Der Lageenergiespeicher
         benötigt wie Pumpspeicher die Nähe zu einem Wasserzu- und
         Abfluss, jedoch keine großflächigen Ober- und Unterbecken. Nur ein
         Becken oder ein unterirdisches Wasserreservoir ist ausreichend.
     • Marktbedingungen: der Lageenergiespeicher arbeitet optimal
         in Stromnetzen und -märkten mit hohem Anteil erneuerbarer
         Energien, deren Kosten bei überschüssiger Erzeugung gering sind.

     Der Lageenergiespeicher eignet sich für den weltweiten Einsatz

                                                                         39
Heindl 2012



     Zusammenfassung (I) Lageenergiespeicher

     • Speicherkapazität: sehr groß!
         Kein anderes Speicherkonzept weist eine derart große
         Speicherkapazität auf.
     • Wirtschaftlichkeit: durch die Tatsache, dass die
         Speicherkapazität mit dem Radius in der 4ten Potenz steigt, die
         Baukosten jedoch nur in der zweiten, wird der Lageenergiespeicher
         mit zunehmender Größe günstig. Bei 500 Meter Radius 50 Mal
         günstiger als heutige Pumpspeicher.
     • Technologie: es werden bewährte und ausgereifte Technologien
         kombiniert, aber nicht neu „erfunden“.
          1. Bohr und Tunneltechnologie
          2. Dichtungsmechanik
          Marktführer der beiden Bereiche bestätigen die Machbarkeit
                                                                         40
Heindl 2012



    Zusammenfassung (II) Lageenergiespeicher

     • Flächenbedarf: mit 0,5 m²/MWh sehr gering,
        zum Vergleich 50 m²/MWh bei Pumpspeichern
     • Wasserbedarf: rund ¼ des Bedarfs bei Pumpspeichern
     • Ökologie:
        – Eingriff in die Landschaft vergleichsweise gering
        – gehobener Zylinder verändert das Landschaftsbild
          nur zeitweise
        – kein Einsatz von Chemikalien notwendig
     • Akzeptanz: angesichts der obigen Vorteile ist mit einer
       vergleichsweise hohen Akzeptanz bei der Bevölkerung
       zu rechnen
                                                                 41
Heindl 2012



                    Weitere Entwicklung
     • Investorensuche für Detailplanung (1. Halbjahr 2012)
     • Vorbereitung Forschungsverbund zur Klärung technischer Fragen
       zur Umsetzung; Begin in 2012
     • Suche nach Pilotstandorten im In- und Ausland (bis 2013)
     • Bauvorbereitung Pilotspeicher ab 2014
     • Erster kommerzieller Speicher: frühestens ab 2018

         Für Pilotvorhaben werden Energieversorger gesucht
         (möglichst als Konsortium)




                                                                       42
Heindl 2012



      Zusammenfassung der Vorteile
        Speicherkapazität jenseits von 1000 GWh denkbar
        Effizienz: 80-85% bekannter Wert aus PSW
        Kein Resourcenproblem
        Kein Gebirge nötig
        Einfache Entsorgung
        Geringer Flächenbedarf (bis zu 2 MWh/m²)
        Weniger Wasserbedarf als PSW (~1/4)
        bekannte Technologien
        Preis fällt mit 1/r² (<1€/kWh möglich)
        Schwarzstartfähig
        Rotierende Massen                                 43
Heindl 2012




              Vielen Dank für Ihr Interesse!

                         Fragen?




                www.Lageenergiespeicher.de
                                               44
Kontakt
Hochschule Furtwangen
Prof. Dr. Eduard Heindl
Robert Gerwig Platz 1
78120 Furtwangen
Germany
+49 177 2183578
hed@hs-furtwangen.de
www.lageenergiespeicher.de




                                       45

Weitere ähnliche Inhalte

Empfohlen

Artificial Intelligence, Data and Competition – SCHREPEL – June 2024 OECD dis...
Artificial Intelligence, Data and Competition – SCHREPEL – June 2024 OECD dis...Artificial Intelligence, Data and Competition – SCHREPEL – June 2024 OECD dis...
Artificial Intelligence, Data and Competition – SCHREPEL – June 2024 OECD dis...
OECD Directorate for Financial and Enterprise Affairs
 
How to Leverage AI to Boost Employee Wellness - Lydia Di Francesco - SocialHR...
How to Leverage AI to Boost Employee Wellness - Lydia Di Francesco - SocialHR...How to Leverage AI to Boost Employee Wellness - Lydia Di Francesco - SocialHR...
How to Leverage AI to Boost Employee Wellness - Lydia Di Francesco - SocialHR...
SocialHRCamp
 
2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by Hubspot2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by Hubspot
Marius Sescu
 
Everything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPTEverything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPT
Expeed Software
 
Product Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage EngineeringsProduct Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Pixeldarts
 
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental HealthHow Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
ThinkNow
 
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdfAI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
marketingartwork
 
Skeleton Culture Code
Skeleton Culture CodeSkeleton Culture Code
Skeleton Culture Code
Skeleton Technologies
 
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
Neil Kimberley
 
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
contently
 
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
Albert Qian
 
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsSocial Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Kurio // The Social Media Age(ncy)
 
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Search Engine Journal
 
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
SpeakerHub
 
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
Clark Boyd
 
Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next
Tessa Mero
 
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search IntentGoogle's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Lily Ray
 
How to have difficult conversations
How to have difficult conversations How to have difficult conversations
How to have difficult conversations
Rajiv Jayarajah, MAppComm, ACC
 
Introduction to Data Science
Introduction to Data ScienceIntroduction to Data Science
Introduction to Data Science
Christy Abraham Joy
 
Time Management & Productivity - Best Practices
Time Management & Productivity -  Best PracticesTime Management & Productivity -  Best Practices
Time Management & Productivity - Best Practices
Vit Horky
 

Empfohlen (20)

Artificial Intelligence, Data and Competition – SCHREPEL – June 2024 OECD dis...
Artificial Intelligence, Data and Competition – SCHREPEL – June 2024 OECD dis...Artificial Intelligence, Data and Competition – SCHREPEL – June 2024 OECD dis...
Artificial Intelligence, Data and Competition – SCHREPEL – June 2024 OECD dis...
 
How to Leverage AI to Boost Employee Wellness - Lydia Di Francesco - SocialHR...
How to Leverage AI to Boost Employee Wellness - Lydia Di Francesco - SocialHR...How to Leverage AI to Boost Employee Wellness - Lydia Di Francesco - SocialHR...
How to Leverage AI to Boost Employee Wellness - Lydia Di Francesco - SocialHR...
 
2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by Hubspot2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by Hubspot
 
Everything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPTEverything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPT
 
Product Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage EngineeringsProduct Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
 
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental HealthHow Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
 
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdfAI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
 
Skeleton Culture Code
Skeleton Culture CodeSkeleton Culture Code
Skeleton Culture Code
 
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
 
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
 
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
 
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsSocial Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
 
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
 
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
 
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
 
Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next
 
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search IntentGoogle's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
 
How to have difficult conversations
How to have difficult conversations How to have difficult conversations
How to have difficult conversations
 
Introduction to Data Science
Introduction to Data ScienceIntroduction to Data Science
Introduction to Data Science
 
Time Management & Productivity - Best Practices
Time Management & Productivity -  Best PracticesTime Management & Productivity -  Best Practices
Time Management & Productivity - Best Practices
 

Lageenergiespeicher Vortrag VDI Konferenz 2012 mit Audio

  • 1. Der Lageenergiespeicher Lösung des Stromspeicher-Problems? 1 Referent: Prof. Dr. Eduard Heindl, Hochschule Furtwangen | Der Lageenergiespeicher
  • 2. Der Lageenergiespeicher: Lösung des Stromspeicher-Problems? Prof. Dr. rer. nat. Eduard Heindl Hochschule Furtwangen University, 2. VDI-Fachkonferenz Stationäre Energiespeicher für Erneuerbare Energien, Karlsruhe, 21. Juni 2012
  • 3. Heindl 2012 Fragen • Grundprinzip des hydraulischen Lageenergiespeichers • Bau eines Lageenergiespeichers • Eigenschaften des Speichers aus technischer Sicht • Wirtschaftlichkeit des Speicherkonzepts • Mögliche Standorte und Geschäftsmodell 3
  • 4. Heindl 2012 Grundprinzip des Lageenergiespeichers Stromnetz r E~r4 2r Verbindung Pumpe hmax=r Wasservolumen und Turbine o Bei niedrigen Strompreis: Wasser wird unter eine Felsmasse gepumpt o Die hydraulischen Kräfte heben die Felsmasse o Bei hohem Strompreis: Stromerzeugung mit Turbine + Generator 4
  • 5. Heindl 2012 Speicherkapazität r Masse ~ r³ Maximale Höhe ~ r l=2r Speicherkapazität: h=r E= 2πgρ*r4 Kosten ~ r² Wichtigster Vorteil Je größer der Radius, desto günstiger die Speicherung einer kWh (~1/r²) 5
  • 6. Heindl 2012 Konstruktion Bohrtürme Baustellen- straße Bohrlöcher 1. Tunnel Schacht Basistunnel/ Wassereinlass 6
  • 7. Heindl 2012 Abtrennung Bodenplatte • Bergmännische Ausräumung Abdichtung Basis- Abraum 2. Tunnel Schräm- tunnel verstopfen maschine Abdichtung Seitenansicht 7
  • 8. Heindl 2012 Abtrennung Bodenplatte, Aufsicht Basistunnel Geschnittener Ausgebrochenes Fels Material Ursprünglicher Fels Schram- Ma- schine 2. Tunnel Aufsicht 8
  • 9. Heindl 2012 Abtrennung Bodenplatte excavated • Abgetrennte Bodenfläche material Abdichtung Basis- Aufgebrochenes 2. Tunnel tunnel Material Abdichtung Seitenansicht 9
  • 10. Heindl 2012 Seitenwände abtrennen Bohrlöcher Baustraße Obere Säge 1.Tunnel Untere Säge Seilsägen 10
  • 11. Heindl 2012 Aussägen des Felszylinders mit Diamant Seilsägen Bohrlöcher Antrieb Fels Geschnittene Fläche r Diamant Seilsäge 1. Tunnel Seitenansicht 11
  • 12. Heindl 2012 Diamant Seilsägen Bohrlöcher traction Fels Geschnittene Fläche r Diamant Seilsäge 1. Tunnel Seitenansicht 12
  • 13. Heindl 2012 Aussenschacht Versorgungs- tunnel Aufgrund der Felsmechanik wird der Außenschacht V-Förmig geschnitten Seilsägen Fels Zylinder Felsen Versorgungs- tunnel Ausgebrochenes Material Seitenansicht 13
  • 14. Heindl 2012 Schachtform Versorgungs- tunnel Aufgrund des Bergdrucks wird sich der Zylinder nach der Entlastung ausdehnen Graben Fels Zylinder Bergdruck Bergdruck Versorgungs- tunnel Ausgebrochenes Material Seitenansicht 14
  • 15. Heindl 2012 Abdichtung Seitenwände Versorgungs- tunnel Die Oberflächen des Gesteins werden mit wasserdichter Geomembran-Folie überzogen Abdichtung Fels Zylinder Versorgungs- tunnel Ausgebrochenes Material Seitenansicht 15
  • 16. Heindl 2012 Zylinder freigelegt Baustraße 1. Tunnel Die Wände und der Boden des 2. Tunnel Zylinders sind jetzt von der Umgebung abgetrennt 16
  • 18. Heindl 2012 Die Abdichtung ist von zentraler Bedeutung Felssicherung Dichtungsring Metall schwimmender Felszylinder Abdichtung, um den Fels trocken zu Wasser im halten Zylinder-Hohlraum 18
  • 19. Heindl 2012 Dichtung Metall Gelenk für bewegliche Dichtung Stahl Fels außen Podest Dichtung Zylinder 19
  • 20. Heindl 2011 Setup: Multi-sealing v rock v podest v v piston 20
  • 21. Heindl 2012 Zylinder Positionierung • Vier Quadranten Kontrolle Niederdruck- dichtung 1 bar Hochdruck_ dichtung Pumpe Niederdruck- dichtung x Zylinder x Niederdruck- dichtung 21
  • 22. Heindl 2012 Sicherheit Das System bekommt ein Sicherheitssystem das auf physikalischen Gesetzen beruht blähend unter Wasser- 1. Zusatz berührung Dichtungsring floating piston Blockade aufgrund hohen 2. Zusatz Durchflusses Dichtungsring Wasser im Zylinder-Hohlraum 22
  • 23. Heindl 2012 Technische Daten Radius [m] 62,5 125 250 500 Durchmesser [m] 125 250 500 1.000 Volumen Fels [m³] 1.534.000 12.272.000 98.175.000 785.398.000 Masse Fels [t] 3.988.000 31.907.000 255.254.000* 2.042.040.000 Druck [Bar] 26 52 103 206 Druck oben [Bar] 20 39 78 157 ** Energie [GWh] 0,5 8 124 1.980 r Abhängigkeit vom Radius: • Druck wächst linear p m=ρV • Masse wächst in der 3. Potenz • Energie wächst in der 4. Potenz * Entspricht etwa der Ladekapazität aller Kontainerschiffe weltweit 23 ** Entspricht etwa Tagesproduktion der deutschen Energiewirtschaft
  • 24. Heindl 2012 Felswände 300m 1000m 80m 24 Risin og Kellingin, Färöern (Heindl/Pustlauck) Salto Ángel, Venezuela (Wikipedia)
  • 25. Heindl 2012 Leistungsdaten Radius [m] 62,5 125 250 500 Energie [GWh] 0,5 8 124 1.980 Wasservolumen [m³] 767.000 6.136.000 49.087.000 392.699.000* Energiedichte [kWh/m³] 0,63 1,26 2,52 5,04 8 Stunden Leistungsentnahme [MW] 60 967** 15.466 247.462 r Abhängigkeit vom Radius: • Energiedichte im Wasser wächst linear • theoretische Leistungsabnahme wächst mit der 4. Potenz V * Entspricht einer Absenkung des Bodensee um einen Meter 25 ** Typisches Pumpspeicherkraftwerk in Deutschland
  • 26. Heindl 2012 Wasser - Generator Radius [m] 62,5 125 250 500 Energie [GWh] 0,5 8 124 1.980 Wasserablauf 8h [m³/s] 27 213 1.704 13.635 Wasserablauf 168h [m³/s](Woche) 1,3 10,1* 81 649 Wasserablauf 720h [m³/s] (Monat) 0,3 2,4 19 152 Turbine/Pumpe 8h [MW] 60 967 15.466 247.462 Turbine/Pumpe 168h [MW](Woche) 3 46 736 11.784 Turbine/Pumpe 720h [MW] (Monat) 1 11 172 2.750 r Anmerkung: • Leistung wird auf längere Zeiträume verteilt • Wasserablauf und Wasserzulauf gegebenenfalls über Speichersee gedämpft V G * Wasserentnahme Schluchseewerke am Rhein 26
  • 27. Heindl 2012 Speicherbedarf pro Einwohner in D • 21 kWh Strom pro Tag • 147 kWh Strom pro Woche (vermuteter Bedarf) • Batteriepreise – Bleiakku 150€/kWh (Weltvorrat 64 Mio t) – Lithium 1000€/kWh (14 Mio t) • Speicher für eine Woche, Kosten pro Person 25.000€ (2,2t) ... 130.000 € Speicherkosten in Deutschland: 2.000 Mrd.€ ... 10.400 Mrd.€ !! 27
  • 28. Heindl 2012 Wirtschaftlichkeit Radius [m] 62,5 125 250 500 Energie [GWh] 0,5 8 124 1.980 Wert einer Speicherladung bei 100€/MWh [T€] 48 773 12.400 198.000 Einnahmen bei 100 Speicherzyklen à 100€/MWh [Mio.€] 5 77 1.237 19.797 20 Jahre 25 Zyklen [Mio.€] 24 386 6.187 98.985 20 Jahre 300 Zyklen [Mio.€] 290 4.640 74.239 1.187.817 28
  • 29. Heindl 2012 Kostenschätzung für 500 m-Radius Tunnel 10.000 €/m 73 Mio. € Bohren 500 €/m 157 Mio. € Sägen 10 €/m² 63 Mio. € Abraum 20 €/m³ 126 Mio. € Bodenplatte abtrennen 1.000 €/m² 785 Mio. € Dichtfläche (Edelstahl) 200 €/m² 157 Mio. € Abdichtung 100 €/m² 393 Mio. € Dichtungsring 10.000 €/m 31 Mio. € Summe 1.785 Mio. € 29
  • 30. Heindl 2012 Wirtschaftliche Betrachtung Radius [m] 62,5 125 250 500 Kapazität [GWh] 0.5 8 125 2000 Investitionskosten* [Mio.€] 39 131 472 1,785 Mögliche Einnahmen [Mio.€] 290 4.640 6.187 19.797 Investment per kWh* [€] 81 17 4 0,90 Preis eines Pumpspeicher- kraftwerks *Alle Angaben ohne Turbinen und Infrastruktur 30
  • 31. Heindl 2012 Wirtschaftlichkeit Speicherkraftwerk Randbedingungen: Strom EK = 20€/MWh Strom VK = 140€/MWh Turbine = 200.000€/MW Speicher = 168h SpeicherA = 0,70€/kWh SpeicherA0= 1,6TWh 31
  • 32. Heindl 2012 Rendite Erdgaskraftwerk Randbedingungen: Gas EK = 77,3€/MWhel Strom VK = 140€/MWh Turbine = 200.000€/MW 32
  • 33. Heindl 2012 Rendite Erdgaskraftwerk Randbedingungen: Gas EK = 77,3€/MWhel Strom VK = 140€/MWh Turbine = 200.000€/MW 33
  • 34. Heindl 2012 Speicherbedarf [de]
  • 35. Heindl 2012 Option: Speichersanierung 150 m 1,2 GWh 75m Pilotprojekt Bereits wirtschaftliche Größe Relativ kurzfristig möglich Flächen verfügbar Aufbau im Rahmen einer Beckensanierung
  • 36. Heindl 2012 Beispiel: Speicherbecken Atdorf 14 GWh 300m 150m praktisch keine Sichtstörung günstige Pumpsituation geringer Natureingriff geringster Landschaftsverbrauch keine Überflutung Interesse Landesregierung BW
  • 37. Heindl 2012 Vision 1km 37
  • 38. Heindl 2012 Think Big! 1km 500m 1600GWh* *netto Kapazität 38
  • 39. Heindl 2012 Übersicht Standortbedingungen • Geologische Bedingungen: möglichst kompaktes, einheitliches Gestein mit geringer Neigung zur Zerklüftung. Kein Gebirge erforderlich! • Hydrologische Bedingungen: Der Lageenergiespeicher benötigt wie Pumpspeicher die Nähe zu einem Wasserzu- und Abfluss, jedoch keine großflächigen Ober- und Unterbecken. Nur ein Becken oder ein unterirdisches Wasserreservoir ist ausreichend. • Marktbedingungen: der Lageenergiespeicher arbeitet optimal in Stromnetzen und -märkten mit hohem Anteil erneuerbarer Energien, deren Kosten bei überschüssiger Erzeugung gering sind. Der Lageenergiespeicher eignet sich für den weltweiten Einsatz 39
  • 40. Heindl 2012 Zusammenfassung (I) Lageenergiespeicher • Speicherkapazität: sehr groß! Kein anderes Speicherkonzept weist eine derart große Speicherkapazität auf. • Wirtschaftlichkeit: durch die Tatsache, dass die Speicherkapazität mit dem Radius in der 4ten Potenz steigt, die Baukosten jedoch nur in der zweiten, wird der Lageenergiespeicher mit zunehmender Größe günstig. Bei 500 Meter Radius 50 Mal günstiger als heutige Pumpspeicher. • Technologie: es werden bewährte und ausgereifte Technologien kombiniert, aber nicht neu „erfunden“. 1. Bohr und Tunneltechnologie 2. Dichtungsmechanik Marktführer der beiden Bereiche bestätigen die Machbarkeit 40
  • 41. Heindl 2012 Zusammenfassung (II) Lageenergiespeicher • Flächenbedarf: mit 0,5 m²/MWh sehr gering, zum Vergleich 50 m²/MWh bei Pumpspeichern • Wasserbedarf: rund ¼ des Bedarfs bei Pumpspeichern • Ökologie: – Eingriff in die Landschaft vergleichsweise gering – gehobener Zylinder verändert das Landschaftsbild nur zeitweise – kein Einsatz von Chemikalien notwendig • Akzeptanz: angesichts der obigen Vorteile ist mit einer vergleichsweise hohen Akzeptanz bei der Bevölkerung zu rechnen 41
  • 42. Heindl 2012 Weitere Entwicklung • Investorensuche für Detailplanung (1. Halbjahr 2012) • Vorbereitung Forschungsverbund zur Klärung technischer Fragen zur Umsetzung; Begin in 2012 • Suche nach Pilotstandorten im In- und Ausland (bis 2013) • Bauvorbereitung Pilotspeicher ab 2014 • Erster kommerzieller Speicher: frühestens ab 2018 Für Pilotvorhaben werden Energieversorger gesucht (möglichst als Konsortium) 42
  • 43. Heindl 2012 Zusammenfassung der Vorteile  Speicherkapazität jenseits von 1000 GWh denkbar  Effizienz: 80-85% bekannter Wert aus PSW  Kein Resourcenproblem  Kein Gebirge nötig  Einfache Entsorgung  Geringer Flächenbedarf (bis zu 2 MWh/m²)  Weniger Wasserbedarf als PSW (~1/4)  bekannte Technologien  Preis fällt mit 1/r² (<1€/kWh möglich)  Schwarzstartfähig  Rotierende Massen 43
  • 44. Heindl 2012 Vielen Dank für Ihr Interesse! Fragen? www.Lageenergiespeicher.de 44
  • 45. Kontakt Hochschule Furtwangen Prof. Dr. Eduard Heindl Robert Gerwig Platz 1 78120 Furtwangen Germany +49 177 2183578 hed@hs-furtwangen.de www.lageenergiespeicher.de 45