Speicherbedarf bei einer Stromversorgung mit erneuerbaren Energien (eBook)

Der Autor, Matthias Popp, Jahrgang 1958, stammt aus dem bayerischen Wunsiedel im Fichtelgebirge. Er studierte von 1979 bis 1983 an der FH Coburg Maschinenbau. Bereits während dieses Studiums machte er sich selbständig. In seinem Ingenieurbüro entstanden in der Anfangsphase Konstruktionen und Software für Prüfstände namhafter Automobilzulieferer. Von 1983 bis 1989 studierte er parallel zu seiner selbständigen Tätigkeit Maschinenbau an der TU München. In einer theoretischen Semesterarbeit beschäftigte er sich mit Pumpturbinen, dem zentralen Bauelement von Pumpspeicherkraftwerken. Mit seinem Ingenieurbüro entwickelt er unter Anderem Softwarewerkzeuge für die Automobilindustrie zur Auslegung und Optimierung von Automatikgetrieben und für das Management der damit verbundenen umfangreichen Datenmengen. Von 2002 bis 2008 war er ehrenamtlicher Zweiter Bürgermeister seiner Heimatstadt Wunsiedel. Als stellvertretender Aufsichtsratsvorsitzender des dortigen regionalen Energieversorgers setzte er sich intensiv mit Fragen der Energieversorgung auseinander. Im Zuge eines Projektvorschlages für ein Pumpspeicherkraftwerk im Fichtelgebirge suchte er Antworten auf die Frage, wie Energiespeicher einen Beitrag zu einer nachhaltigen regenerativen Stromversorgung leisten können. Der Autor ist verheiratet und Vater von drei Kindern. Er ist Sportflieger, Mitglied bei Rotary und als Stadtrat politisch engagiert.

Vorwort 5
Dissertation 8
Inhaltsverzeichnis 9
Kapitel 1 Einleitung und Zielsetzung 13
Kapitel 2 Bausteine einer erneuerbaren Stromversorgung 15
2.1 Strombedarf 15
2.2 Windenergie 17
2.2.1 Benutzungsgrad von Windenergieanlagen 27
2.2.2 Ladungsabweichung der Windenergie in Europa 31
2.3 Solarenergie 36
2.4 Kombination von Windund Solarenergie 46
2.5 Biomasse zur Stromerzeugung 47
2.6 Weitere erneuerbare Energien 49
2.6.1 Wasserenergie aus Fließgewässern 49
2.6.2 Wasserenergie aus Wellenenergie 50
2.6.3 Wasserenergie aus Gezeitenkraftwerken 50
2.6.4 Geothermie 51
2.6.5 Aufwindkraftwerke 51
2.6.6 Fallwindkraftwerke 51
2.7 Energiespeicher für die Stromwirtschaft 52
2.7.1 Pumpspeicherkraftwerke 54
2.7.1.1 Ringwallspeicher 58
2.7.2 Druckluftkavernenspeicher16 66
2.7.3 Wasserstofftechnologie 67
2.7.4 Chemische Speicher18 68
2.8 Stromexport, -Import und Prioritätsregeln 69
2.8.1 Speicherpriorität 70
2.8.2 Exportpriorität 72
2.8.3 Speicherpriorität und Exportpriorität im Vergleich 73
2.8.4 Fernübertragung elektrischer Leistung 74
2.9 Zusammenfassung zu den Bausteinen 76
Kapitel 3 Ausgleich ohne Stromspeicher 79
3.1 Ausgleich von Windenergie innerhalb Deutschlands 79
3.2 Ausgleich durch kontinentale Stromnetze 81
Kapitel 4 Ausgleich volatiler Erzeugung mit Speichern 94
4.1 Volatile Stromerzeugung und Speicherbedarf 94
4.1.1 Windstromeinspeisung in Deutschland und Speicherbedarf 94
rosa: 95
blau: 95
dunkelgelb: 95
rot: 95
grün: 95
4.2 Grundszenarien zum Speicherbedarf in Europa 98
4.2.1 Analyse der Speichernutzung 110
4.3 Kombinationen von Windund Solarenergie 116
4.3.1 Strategie zur Auffindung eines niedrigen Speicherbedarfs 117
4.3.2 Speichernutzung bei der Kombination von Windund Solarenergie 119
4.4 Erzeugungsreserve und Speicherbedarf 122
4.4.1 Erzeugungsreserve bei Windenergie mit 50% Benutzungsgrad 122
4.4.1.1 Speicherladeleistung begrenzt, Fernübertragung nach Bedarf 122
4.4.1.2 Speicherladeleistung nach Bedarf, Fernübertragungleistung begrenzt 124
4.4.1.3 Speicherladeleistung und Fernübertragungsleistung begrenzt 126
4.4.2 Erzeugungsreserve bei Kombination von Windund Solarenergie 128
4.5 Einfluss von Speicherwirkungsgrad und Prioritätsregeln 129
4.5.1 Windenergie bei niedrigem Speicherwirkungsgrad 130
4.5.1.1 Verbundnetz mit Windenergie bei Speicherpriorität 130
4.5.1.2 Verbundnetz mit Windenergie bei Exportpriorität 133
4.5.2 Volatile Kombination und Speicherwirkungsgrad 136
4.5.3 Leistungsinfrastruktur bei Speichern niedrigen Wirkungsgrads 138
4.6 Einfluss des Fernübertragungswirkungsgrads 139
4.7 Zusammenfassung zum Speicherbedarf 141
Kapitel 5 Zusammenfassung 143
5.1 Was ist neu zum Stand der Technik? 143
5.2 Ergebniszusammenfassung 145
5.3 Schlussbemerkung 147
Danksagungen 149
Literatur 151
Anhang 154
A Durchschnittsbezogene Leistung 154
B Ladung 154
C Leistungsund Ladungsabweichung 155
D Datenaufbereitung, Simulation und Optimierung 156
E Kombinationen aus Windund Solarenergie 161
Sachverzeichnis 165