Frage von ElrondMcBong, 97

Speichern von Windenergie?

Hallo, ich muss einen Essay mit der folgenden Fragestellung bearbeiten. Habt ihr ein paar Ratschläge und evtl. gute Quellen für mich parat?

Bitte bearbeiten Sie das folgende Thema:

Der Umweltdezernent der am Fuße eines deutschen Mittelgebirges gelegenen Traumstadt möchte zur Wahl des Oberbür germeisters antreten. Überzeugen möchte er die Wähler mit einem Projekt, welches den Ort mit 50.000 Einwohnern und ohne energieintensive Industrie im Hinblick auf die Stromversorgung mit Strom aus Windkraft autark macht.

Die Stadt hat bereits in ausreichend Windkrafta nlagen investiert, die in den Höhenlagen des Mittelgebirges installiert sind. Damit könnte der Strombedarf der Haushalte prinzipiell gedeckt werden. Nur fehlen bisher Speicher für den zeitlichen Ausgleich von Angebot und Nachfrage.

Der Umweltdezernent beauftragt daher einen Berater, ein Konzept zu entwickeln, wie genügend Speicherleistung bereitgestellt werden kann, eine Grobabschätzung der Kosten vorzunehmen und mögliche Umsetzung svorschläge zu unterbreiten. Versetzen Sie sich in die Rolle des Beraters und entwerfen Sie das Strategiepapier aufgrund nachvollziehbarer Annahmen .

Der Umfang sollte 2000 Wörter nicht überschreiten.

Ich konnte leider keine Informationen finden, wie es mit der Verfügbarkeit von Windenergie steht. Was ist denn die durchschnittliche Zeit pro Jahr in der eine solche Anlage nicht ausreichend Strom produziert? Werden die Volllaststunden, Betriebsstunden oder gar eine andere Kennzahl herangezogen?

Welche Speicherkapazität wird demzufolge in etwa benötigt? Laut den Statistiken die ich gesehen habe müssten es etwa 25.000 Haushalte sein mit je 3100kWh pro Jahr. Das ergibt dann 212.330kWh Bedarf pro Tag.

Welche Art von Energiespeicher würdet ihr empfehlen? Aufgrund der Lage würde ja ein Pumpspeicherwerk nahe liegen. Aber auch Power-to-Gas oder Batteriespeicher würden ja generell in Frage kommen. Was eignet sich denn für einen derart großen Speicher am Besten? Welche Kosten entstehen in etwa?

Vielen Dank im Voraus!

Antwort
von SirKermit, 61

Ich konnte leider keine Informationen finden, wie es mit der Verfügbarkeit von Windenergie steht.

Als erster Anlaufpunkt: http://www.et-energie-online.de/Zukunftsfragen/tabid/63/NewsId/1028/Die-Verfugba... Wobei es verschiedene Aspekte zu beachten gilt, denn Windkraftanlagen bescheren vielerlei Kopfschmerzen, allem voran das 50,2 Herz Problem: https://www.vde.com/de/fnn/arbeitsgebiete/tab/seiten/50-2-hz.aspx

Die älteren technischen Richtlinien forderten bei Erreichen und
Überschreiten einer Netzfrequenz von 50,2 Hz eine unverzügliche Trennung
der Anlagen vom Stromnetz. Zu Zeiten starker regenerativer
Stromeinspeisung schalten sich so im Extremfall mehrere Gigawatt an
Leistung abrupt ab. Der auftretende Leistungssprung kann die europaweit
vorgehaltene Primärregelleistung soweit übersteigen, dass die
Leistungsfrequenzregelung die Netzfrequenz nicht mehr stabilisieren
kann. Die Folge davon wären weiträumige Stromausfälle.
Zudem kann ein
näherungsweise zeitgleiches Wiederzuschalten der dezentralen
Erzeugungsanlagen bei einer Frequenzerholung zu einem erneuten
Überschreiten der Frequenz von 50,2 Hz und damit zu einem erneuten
Abschalten der Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz führen
("Jo-Jo"-Effekt).

Mal eben "wir wollen speichern" ist also keine leicht Aufgabe. Wenn in der Nordsee mal eine ordentlich Böe bläst, dann hast du innerhalb von einer Minute mal ein paar hundet Megawatt mehr an Leistung, aber die konventionellen Kraftwerke können dagegen nur mit vielleicht 2 bis 5 Megawatt pro Minute gegen regeln.  Die Auswahl der Speichermethode sollte also lokal  mit den Netzbetreibern abgesprochen werden, denn die Leitungskapazitäten könnten da eine Rolle spielen.

Du hast auch den Bezug auf Umwelt genommen, ein Pumpspeicherwerk hat einen Wirkungsgrad von ca. 40% und nicht jeder liebt solch ein Becken. Da gibt es Gegenwind von Naturschützern. Oder verkauf denen das als perfekte Naherholung mit einer kleinen Anlage für Wassersport ;-) Im Ernst, das ist kein Stausee, das ist ein Gewässer mit schnellen Pumpvorgängen. Nix gut für Baden!

 Batterien scheiden als große zentrale Lösung aus, das ist eher die Domäne des kleineren Einzelabnehmers (kleines Haus oder Wohneinheit). Im Gebirge käme noch der hydraulische Speicher in Frage: http://www.spektrum.de/news/ein-granitblock-voller-energie/1061069

Da wäre auch noch http://www.windkraft-journal.de/2016/04/27/wir-bauen-das-allererste-hydraulische...

Ein völlig neues Anlagenkonzept

Der Naturstromspeicher kombiniert einen Windpark mit einem
Pumpspeicherkraftwerk. Das Oberwasserbecken des Pumpspeicherwerks ist
zum großen Teil in den Windkrafttürmen „versteckt“. So werden die
Eingriffe in die Umgebung möglichst geringgehalten. Und das zieht sich
durch.

Das Kraftwerk wird sich am Ende vollständig in seine Umgebung einfügen.
Das liegt zum einen an den besonderen Speicherfundamenten der Windtürme,
die große Rodungen und Eingriffe in den Höhenlagen um ein Vielfaches
reduzieren.

Das letzte Konzept jedenfalls hat was und käme deiner AUfgabenstellung gut entgegen.

Kommentar von ElrondMcBong ,

Ich glaube Probleme wie das 50,2 Herz Problem sollte ich außen vor lassen um den Rahmen von 2000 Worten nicht zu sprengen. Außerdem wird in der Aufgabenstellung ja geschrieben, dass die Windanlagen ausreichen um die Stadt zu versorgen.

Man weiß ja auch relativ genau wieviel Energie im Schnitt verbraucht wird. Leider konnte ich keine Infos finden, wann und wieviel Strom erzeugt wird.
Diese zeitliche Diskrepanz zu überbrücken ist ja im Endeffekt die
Aufgabenstellung. Aber wie groß ist hier die Differenz bzw. wann, wie oft und wie lange reicht die Erzeugung nicht aus?

Haben Pumpspeicherwerke nicht einen Wirkungsgrad von 70-80%?

Das letzte Konzept scheidet wahrscheinlich aus, da die Windräder schon gebaut wurden.

Was hälst du denn von Power-to-Gas?

Antwort
von silberwald, 53

Wenn du Pumpspeicherkraftwerk, Power-To-Gas und Windenergie googelst, findest du doch einiges in Wikipedia.

Das Pumpspeicherwerk ist überdimensioniert. Ökologisch (Eingriff in Natur) und ökonomisch (Baukosten) werden das die Bürger demjenigen "Um die Ohren hauen".

Besser ist da Power-to-Gas. Damit könnte man z.B. auch den örtlichen Nahverkehr mit betreiben oder mit Kraft-Wärme-Kopplung neben der Strom "Rückerzeugung" (die ja über Verbrennung mittels Dampturbine funktioniert) auch den Ort mit Fernwärme bedienen. Außerdem kann man z.B. einen Teil (wenn Bedarf vorhanden) in das örtliche Gasnetz einspeisen. Das erzeugte Gas kann außerdem in unterirdisch angelegten "Kavernenspeichern" gespeichert werden, was ökologisch gesehen das Landschaftsbild wenig verändert. Alles Dinge, auf die ein Bürger wert legt.

Wenn du unter Wikipedia Batterie-Speicherkraftwerk suchst, kannst du auch die (sagen wir mal) Unbrauchbarkeit dieser Kraftwerke nachlesen.

Kommentar von ElrondMcBong ,

Wie hoch sind denn ganz grob die Kosten für die Realisierung eins Power-to-Gas Systems? Ist das wirklich günstiger als ein Pumpspeicherwerk?

Die Anlagen zur Rückerzeugung bzw Verbrennung müssten ja zusätzlich auch gebaut werden.

Antwort
von KimJuliaFFM, 6

Hallo ElrondMcBond,

vielleicht ist diese Quelle auch für dich interessant: https://wind-turbine.com/magazin/ratgeber/43619/stromspeicher-im-vergleich-eine-...

LG

Kim

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