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© Fraunhofer IWES

Matthias Puchta

11. Master Class Course Conference „Renewable Energies“, Berlin, 06.12.2016

Energiespeicherung am Meeresgrund

Quelle: Bild Hochtief

2

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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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-20

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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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1 kWh 10 kWh 100 kWh 1 MWh 10 MWh 100 MWh 1 GWh 10 GWh 100 GWh

1 m

1 h

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CAES

1 TWh 10 TWh 100 TWh

CAES

Fly Wheels

Storage capacity of different storage systems

Dis

cha

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tim

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h]

Batteries

PHS

1 a

SNG

H 2

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1 m

1 h

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CAES

1 TWh 10 TWh 100 TWh

CAES

Fly Wheels

Storage capacity of different storage systems

Dis

cha

rge

tim

e [

h]

Batteries

PHS

1 a SNG (PtG)

H 2

Stunden

Jahre

Wochen-/Monate

Tage

Spulen

Kapazität der Speichersysteme

E

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eze

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h]

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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


[ ]

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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


[ ]

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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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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

Modellversuch bereits erfolgreich!

Datenanalyse läuft

Rückbau ab 06.12.2016

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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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