Weitere Blogs von Eduard Heindl

Innovationsblog neue Ideen | Some Science my research | Energiespeicher Bedeutung und Zukunft | Energy Age the big picture (engl.)

Samstag, 5. Februar 2022

Die vier Probleme der Energiewende

 Die vier Probleme der deutschen Energiewende

Mit der raschen Zunahme der CO₂-Konzentration in der Atmosphäre und bekannten Problem des Klimawandels, ist allen Ländern klar, dass die Emission von CO₂ praktisch völlig eingestellt werden muss.
Deutschland will hier Vorreiter sein und hat daher eine ungewöhnliche Agenda unter der neuen rot-grün-gelben Regierung aufgelegt. Die Energieversorgung soll in wenigen Jahren auf Wind und Sonne umgestellt werden. Geht das? Genau dieser Frage möchte ich in diesem Blog-Post nachgehen.


Die vier Reiter der Apokalypse
von Albrecht Dürer dargestellt.
      • Solarenergie im Winter
      • Windenergie und Flaute
      • Speichertechnik
      • Deutschland und Kernenergie

Solarenergie

Ohne Frage ist die Sonne die wichtigste Energiequelle für die Erde. Doch kann man die Energie auch für die Bedürfnisse eines Landes auf dem 51. Breitengrad nutzen? Zunächst muss man klar feststellen, dass die Umwandlung von Solarenergie in elektrischen Strom in den letzten zwanzig Jahren enorme Fortschritte gemacht hat, insbesondere ist der Preis von Solarmodulen dank Massenfertigung in China drastisch gesunken. 
Ich empfinde Solarenergie als gut!
Hier an einer 10 MW Anlage von Prof. Enebish in der Mongolei

Selbst unter deutschen Wetterbedingungen kann unter günstigen Umständen, Freiflächenanlage in Süddeutschland und niedrige Zinsen, ein Preis von ca. 5 ct/kWh [1] realisiert werden. In diesem Beitrag werde ich nicht auf die letzte Kommastelle eingehen, um die Fragen übersichtlich zu halten.

Das Problem ist der Winter

Der Erzeugungspreis von 5 ct/kWh funktioniert aber nur, wenn jemand den Strom unabhängig vom Bedarf, das ganze Jahr über zu dem Preis abnimmt, genau das tut das EEG. Das führt dazu, dass im Sommer, mittags, in Zukunft wesentlich mehr Strom erzeugt wird als benötigt wird oder das Stromnetz aufnehmen kann. 
Im Winter ist es genau anders, zu dieser Jahreszeit erzeugen die 50 GW Solarzellen, die aktuell in Deutschland installiert sind, nur ein Prozent der in Deutschland benötigten elektrischen Energiemenge. Insbesondere die Monate November, Dezember, Januar, sind das Problem, wie die Abbildung zeigt.

Jahresverlauf der Solarenergieproduktion in Deutschland [2]

Zur Lösung des Problems benötigen wir Stromspeicher, oder wir versuchen es mit Windenergie, die im Winter besser zur Verfügung steht.

Wind ist ein launischer Freund

Wind weht in Europa im Winter stärker als im Sommer, das liegt an der Temperaturdifferenz zwischen den sehr kalten Polarregionen im arktischen Winter und dem relativ warmen Golfstrom sowie komplexen Windmustern auf der Nordhalbkugel. Es sei angemerkt, dass aufgrund der verstärkten Erwärmung der Polarregion die Windgeschwindigkeiten generell auf der Nordhalbkugel abnehmen könnten. Da CO₂ die Wärmeabstrahlung überall behindert, aber die Wärmeeinstrahlung in Richtung Äquator auch in Zukunft hoch bleibt.  
Das Problem mit dem Wind ist weniger der Winter, sondern die Verteilung der Hochdruckgebiete in Europa, die dazu führen können, dass über Wochen kaum Wind weht. 
Eine neun Tage anhaltende Flaute
bei der Windstromerzeugung im November 2021 [3].

In dem Bild sieht man eine typische Flaute von 9 Tagen im November 2021, solche Flauten können aber auch noch etwas länger dauern. Kein aktuell verfügbarer Speicher kann diese Zeit überbrücken, die deutschen Pumpspeicher, die immerhin 40 GWh speichern können, wären nach 30 Minuten leer, wenn man den Strombedarf im Land aktuell decken wollte.

Windkraftwerke moderner Bauart
sind alles andere als eine Zier im Naturpark.

Speicher sind teuer

Viele Leser des Speicherblogs werden den Preis von Speichern kennen, er ist hoch. Batterien kosten unter günstigen Umständen 100 €/kWh. Um damit einen Tag deutschen Strombedarf zu überbrücken, müsste man eine Kapazität von 2.000 GWh, was 2.000.000.000 kWh entspricht, aufbauen. Das würde 200 Mrd. kosten, mehr als die, nicht ganz billige, Energiewende bisher gekostet hat. Um aber eine echte Dunkelflaute zu bewältigen, müsste man diesen Wert nochmals verzehnfachen.

Könnte der Lageenergiespeicher eine Alternative sein?
Noch hat sich kein Investor gefunden.


Alternativen sind Wasserstoff  oder synthetisches Methan. Elektrolytisch Wasserstoff im GW-Bereich herzustellen, hat noch keiner realisiert, typische Anlagen sind um den Faktor tausend kleiner und liegen im MW-Bereich. Die Pläne, das in 10 Jahren umzusetzen, ist neben den Kosten der Anlagen, den Bedarf an speziellen Rohstoffen, Platin, und der Schwierigkeit der Skalierung zumindest sehr sportlich.

Doch das Problem bei Wasserstoff ist noch schwerwiegender, der System-Wirkungsgrad liegt unter 50%, was enorme zusätzliche Konverter auf Basis von Solar- und Windkraftanlagen erfordert.
Zudem ist Wasserstoff nicht leicht zu speichern und noch schwerer zu transportieren, es bedarf also noch einer weiteren Infrastruktur. Die Alternative auf Methan auszuweichen, verschlechtert den Wirkungsgrad auf 25%, mit entsprechenden Folgen für den Strombedarf entsprechender Anlagen.

Drei komplette Energiesysteme

Die Energiewende erfordert eigentlich drei komplett neue Energiesysteme: Zunächst die Stromgeneratoren auf Wind und Sonnenbasis, die um den Faktor 10 ausgebaut werden müssen.
Dann ein System, das den Solarstrom im Sommer vom Tag in die Nacht verschiebt, also Batterien mit einer Kapazität von 2000 TWh. Und als Drittes ein komplettes Backup auf Erdgasbasis, das es gewährleistet, dass in einem Industrieland auch im kalten Winter die Energieversorgung gesichert ist. Dazu muss die Kapazität der Erdgaskraftwerke um den Faktor 10 auf mindestens 100 GW ausgebaut werden. Diese Kraftwerke haben dann eine Belegschaft, die nur wenige Wochen im Jahr benötigt wird, neben der Arbeitsplatzpsychologie, ein teures Vergnügen.
In der Summe findet man, so in der Dissertation von Nico Wehrle nachzulesen, dass der Strompreis auf 19 ct/kWh ab Kraftwerk steigt, der bisher bei 5 ct/kWh lag. Steuern und diverse Abgaben sind hier nicht berücksichtigt.

Deutschland und Kernenergie

Die ganze CO₂-Problematik wäre mit Kernenergie leichter zu lösen. Kernenergie ist die sicherste und umweltfreundlichste Energie. Das ist aber in Deutschland praktisch nicht zu vermitteln. Ich will es trotzdem versuchen. Zur Frage der Sicherheit ist es sinnvoll einen Vergleich der Todesopfer pro erzeugter TWh Strom anzustellen. Das Resultat verblüfft:

Die Kernenergie hat mit 0,04 Todesopfer pro TWh das geringste Risiko [4].

Bisher sind bei dem Reaktorunfall in Tschernobyl weniger als 200 Menschen zu Tode gekommen. Sieht man pessimistisch weitere 4000 Tote infolge von Krebs, hat man praktisch alle Todesopfer der Kernenergie berücksichtigt. Allen die Luftverschmutzung der Kohlekraftwerke und anderer Emittenten, hat in Europa in den letzten zehn Jahren 500.000 Todesopfer gefordert.
Was hier meist übersehen wird, ist die enorme Energiemenge, die weltweit 400 Kernkraftwerke kontinuierlich liefern.

Auch die CO₂-Bilanz ist hervorragend:

Kernenergie hat die geringsten CO₂-Emissionen
aller steuerbaren Energiequellen [5].

Mit 25 Gram pro kWh liegt die Kernenergie weit vor Erdgas, aber auch vor Fotovoltaik, Biogas und Holz. Die Studie stammt aus der Schweiz, international findet man auch Studien, die der Kernenergie nur 4 Gramm pro kWh zuordnen.

Warum ist dann Kernenergie ein Problem?
  • Zur Zeit der Entstehung der Antiatombewegung, in den '70er-Jahren des 20. Jahrhunderts, war noch nicht klar, wie gut Kernenergie beherrscht wird. Viele hatten mit mehr Unfällen und wesentlich schlimmeren Folgen bei den Unfällen gerechnet. Die Menschen hatten die Atombomben noch vor Augen, von denen bis dahin die unglaubliche Zahl von 2000 gezündet wurden [6]!
  • Das CO₂-Problem war nicht präsent, der Club of Rome Bericht "Limits to Growth" aus dem Jahre 1972 [6] hat es noch nicht einmal erwähnt. Die Angst war damals das Ende der Rohstoffe, von Blei bis Öl sollte fast alles bis zum Jahr 2000 ausgehen.
Doch inzwischen sind 50 Jahre in das Land gegangen und wir sollten uns auf die Kernenergie rückbesinnen, moderne Reaktoren bauen und nicht das Industrieland Deutschland mit einer überhasteten Energiewende überfordern.

Sonst endet das wieder einmal, um mit Mephisto in Goethes Faust zu sprechen: 
"Ich bin ein Teil von jener Kraft,
die stets das böse will und stets das gute schafft,..."

Nein, wir machen es umgekehrt hierzulande:
"Wir sind ein Teil von jener Kraft, 
die stets das Gute will und stets das Böse schafft!"

Weitere Blogbeiträge:

Quellen:

[1] Bundesnetzagentur durchschnittlicher Zuschlag für Fotovoltaik Freiflächenanlagen 2021
[2] ZSW, BDEW, Stand 12/2021
[3] Fraunhofer ISA, Energy-Charts
[5] PSI/ESU Services 2012, Werte für die Schweiz
[6] Anzahl der Atomwaffentests nach Wikipedia
[7] Club of Rome https://www.clubofrome.org/publication/the-limits-to-growth/

Sonntag, 17. Oktober 2021

Der Ökostromschwindel

Der Ökostrom-Schwindel

Jeder Mensch will der Natur so wenig Schaden zufügen wie er kann. Mit diesem Wissen haben einige Händler ein Produkt auf den Markt gebracht, das als 100% Naturstrom, Reiner ÖkoStrom oder sogar als zertifizierter ÖkoStrom auf dem Markt angepriesen wird. Gibt es solchen Strom wirklich oder ist das eine große Augenwischerei? 

Strom als Produkt

Früher kam der Strom aus der Steckdose, heute kommt er vom Ökostromhändler? Nein, der Strom kommt immer noch aus der Steckdose und das ist gerade die Eigenschaft, die Strom als Energieform so überlegen  macht. Damit aber der Elektroherd oder die Umwälzpumpe der Heizung oder irgendein anderes Gerät an der Steckdose funktioniert, muss genau die Menge elektrischer Energie erzeugt werden, die das Gerät verbraucht, und zwar genau in dem Moment. Genaugenommen müssen sogar 10% mehr Energie erzeugt werden, da  all die Leitungen und Transformatoren, die das Stromnetz bilden, gewisse Verluste haben. Aber das sei jetzt nicht das Thema.



Viel entscheidender ist, dass wir am Ende des Monats für all den Strom, den wir konsumiert haben, eine Rechnung zahlen, die auf Basis der Stromzählung, am Stromzähler im Haus, berechnet wird. Und das Geld geht dann an den Stromhändler. Der Stromhändler verkauft uns also das Produkt elektrische Energie.
Doch woher hat der Stromhändler den Strom? Der kauft den Strom bei einem Stromproduzenten, etwa einem Windpark, einem Kohle- oder Atomkraftwerk ein. 

Das Problem ist die Zeit

Wäre Strom ein lagerbares Gut, so könnte ein "Öko-Stromhändler", genauso wie der Öko-Gemüsehändler, den Strom nur dort einkaufen, wo keine Umweltbelastung, etwa durch Kohleverbrennung, entsteht. Das geht aber nicht! Kein einziger Ökostromhändler ist in der Lage, Strom zu speichern und dann zu liefern, wenn der Strom benötigt wird. Der Ökostromhändler liefert daher ca. 60% der Zeit Strom aus Kohle- oder Braunkohlekraftwerken, mit einigen Prozent Atomstrom und weniger als 3% Wasserkraft.



Dem Kunden wird aber erzählt, dass sein Strom aus sauberen Quellen kommt, zumeist wird der Anschein erweckt es sei reiner Solar- und Windstrom. Der Gemüsehändler, der bei seinen Biokarotten 60% normale Karotten dazugibt, würde schnell ein Verfahren wegen Betrugs bekommen. Völlig unbegreiflich ist für mich, warum das bei Strom nicht der Fall ist.

Würde ein Ökostromhändler tatsächlich nur Solar- und Windenergie verkaufen, wären die Steckdosen heute zu 60% der Zeit ohne Strom. Aber er könnte sich ja eine große Batterie oder ein Wasserstoffsystem zulegen, das tatsächlich den Strom speichert. Dann wäre die Bezeichnung Ökostrom korrekt. Aber das macht natürlich kein einziger Anbieter, da sein Strom, aufgrund der enormen Kosten für die Speicherung, mindestens das Dreifache kosten würde.

Politische Auswirkung dieses Betrugs

Da unsere Regierungen der letzten 20 Jahren diesen Betrug geduldet oder sogar gefördert haben, glauben inzwischen viele Verbraucher, insbesondere jene, die "Ökostrom" beziehen, dass es möglich ist, auf 100% Solar und Windenergie umzusteigen. Einfach genügend PV-Kraftwerke aufstellen, noch ein paar Windparks in die Nordsee und Naturschutzgebiete in den deutschen Mittelgebirgen mit 270 Meter hohen Windkraftwerken ausstatten, und wir können die Atomkraftwerke abschalten, Kohle und Braunkohlekraftwerke schließen und sind CO₂ frei.



Nein, das funktioniert leider nicht, wenn man echten Ökostrom will, dann muss man die notwendigen Speicher dazu bauen. Und wenn man die Zahlen genau analysiert, und genau das haben wir in der Dissertation von Nico Wehrle getan, dann verursachen nicht die vielen Solar- und Windkraftwerke die Kosten, nein, die Kosten der Speicher sind um den Faktor 2-3 teurer als all die Konverter von Umgebungsenergie.

Das führt dazu, dass viele Menschen Parteien gewählt haben, die in ihren Programmen behaupten, für geringe Kosten, "Die Sonne schickt keine Rechnung", könnten wir alle thermischen steuerbaren Kraftwerke abschalten.

Die Folgen dieses Schwindels werden uns daher eine Zukunft bereiten, in der Strom entweder extrem teuer wird, der Strom aus französischen, polnischen, niederländischen, schweizerischen und tschechischen Atomkraftwerken kommt, oder in der wir selbst CO₂ freie Kernkraftwerke bauen. 

Doch es gibt noch eine Alternative, kein Strom, wenn der Wind nicht weht, das nennen die Grünen dann angebotsorientierter Strommarkt. Bitte schon mal warm anziehen, wenn bei mangelnden Angebot die Küche kalt bleibt und die Umwälzpumpe nicht arbeitet.

Freitag, 5. Juni 2020

Die Kernenergie Frage

Nachdenken über Kernenergie

In Deutschland ist das Thema Kernenergie abgehakt, eine konservative Regierung hat das Aus bis 2022 beschlossen. Warum sollte man dann noch über Kernenergie nachdenken? Weil es auch eine neue Bewegung gibt, die sich die CO2-freie Zukunft auf die Fahnen geschrieben hat und nicht ganz wörtlich "CO2 nein Danke!" sagt. 
Die Lösung für die Menschheit wird langfristig, wenn man in Jahrtausenden denkt, die Solarenergie sein, bis dahin müssen wir aber nochmals Überlegen warum früher "Atomkraft nein Danke!" auf den Fahnen stand. Und es gibt einen Ausweg aus dem Dilemma "teure Energie oder CO2 Problem": Thorium flüssig Salz Reaktor.

Die großen Probleme der Kernenergie

Liest man sich durch die Literatur der Kernenergie, und als ehemaliger Anhänger der Grünen und als Physiker habe ich da einigen Hintergrund, dann findet man drei zentrale Fragen:
  • Wie sicher ist ein Reaktor
  • Wie leicht werden Atomwaffen verbreitet
  • Wie funktioniert Endlagerung
Ich will mit dem zweiten Aspekt beginnen, weil dieser besonders überraschend ist. 
Für mich ist es immer noch ein Wunder, dass über 75 Jahre nach Hiroshima und Nagasaki diese beiden militärisch eingesetzten Atomwaffen die einzigen blieben.

Atombomben

Wir wissen, dass eine einzige Atombombe genügt, hunderttausend Menschen den Tod zu bringen!
Es gibt zwei Akteure, die an diesen Waffen Interesse haben können, das sind Staaten und Terrororganisationen. 
Jeder Staat, der Atomwaffen besitzen will, kann sich diese durch ein technisches Entwicklungsprogramm beschaffen. Er benötigt dazu entweder Zentrifugen, um eine Uranbombe zu bauen oder einen Reaktor um eine Plutoniumbombe zu bauen. Es ist festzuhalten, dass nur sehr wenig Länder diese, sehr teuren, Anstrengungen unternommen haben, neben den fünf ständigen Mitgliedern des UNO-Sicherheitsrats (USA, Russland, China, Frankreich, England) haben vier weitere Atomwaffen:
  • Israel, vermutlich nicht selbst entwickelt, sondern von den USA bekommen
  • Pakistan, selbst entwickelt, einziges islamisches Land mit Kernwaffen
  • Indien
  • Nordkorea
Alle anderen Länder haben entweder das Interesse daran verloren, etwa Südafrika oder die Staaten Südamerikas oder haben Waffen sogar zurückgegeben wie die Ukraine nach der Auflösung der UDSSR!
Terroristen können offensichtlich keine Atomwaffen heimlich selbst bauen oder erwerben, sonst hätten wir längst einen entsprechenden Anschlag gesehen. Das ist der Stand auf einer Welt, die seit 60 Jahren die Kernenergie friedlich in ca. 400 Reaktoren nutzt. 
Warum Terrororganisationen keinen Zugriff auf Atomwaffen haben liegt an drei Gründen:
  • Atomwaffen werden sehr gut geschützt und offensichtlich sogar bei der etwas chaotischen Auflösung der UDSSR gingen keine verloren
  • Die Herstellung erfordert sehr hohes technisches und physikalisches Wissen sowie umfangreiche Arbeiten, die schwerlich geheim zu halten ist. Außer bei den Anschlägen vom 11. September 2001 waren nie mehr als 20 hoch motivierte und zum Tode bereite Personen bei einem Anschlag beteiligt
  • Die Bearbeitung von radioaktivem Material aus Kernreaktoren erfordert umfangreiche Labore  die nicht heimlich aufgebaut werden können.
Damit halte ich die Verminderung des Risikos der Proliferation durch den Verzicht auf Kernkraftwerke als schwaches Argument für den Verzicht auf Kernenergie.

Radioaktivität und Reaktorsicherheit

Die Radioaktivität kann biologische Schäden verursachen, bei sehr hohen Strahlendosen kann es auch zum Tod oder Spätfolgen, etwa Krebs, kommen. Es ist daher sinnvoll, den Kontakt mit Radioaktivität zu vermeiden. Allerdings sind Menschen aufgrund der Höhenstrahlung und des Kaliumgehalts in ihren Knochen, die das natürlichen Isotops K40 enthalten, selbst immer einer gewissen radioaktiven Strahlung ausgesetzt. Dass wir trotzdem gesund bleiben können, liegt an unseren Zellen, die mit dieser Strahlung und vielen anderen Substanzen gut umgehen können.  
Eine der schwierigsten Fragen in der Biologie ist, ob es eine Schwelle gibt ab der Radioaktivität unproblematisch ist. Es gibt Forschungsergebnisse, die zeigen, dass Menschen die keinerlei Strahlung ausgesetzt sind sogar ein schwächeres Immunsystem haben und daher gesundheitlich gefährdet sind. Interessanterweise wurde früher Radioaktivität sogar in der Medizin eingesetzt, ich will nicht behaupten, dass das wirklich sinnvoll war. 

Radioaktive Verseuchung

Das Atomzeitalter hat uns einen Begriff gebracht, der die radioaktive Kontamination beschreibt: 

radioaktiv verseucht

Der Begriff wurde von Militärs geprägt, um Menschen davor zu warnen, nicht in Gebiete zu gehen, in denen eine Atombombe abgeworfen wurde. Und damit sind wir mitten im Kalten Krieg.
Biologische Seuchen sind für Menschen mit das Schlimmst, was es gibt, eine Seuche wird von Krankheitserregern verursacht und kann sich rasend über eine Bevölkerung ausbreiten. Pest und Cholera waren die Schrecken bis ins 20. Jahrhundert schlechthin. Eine Seuche basiert aber auf einen Keim, der von Mensch zu Mensch weitergegeben wird, sich vermehrt, und dann sein unheilvolles Werk anrichtet. Wie Corona uns aktuell plagt, ist bekannt.

Radioaktivität ist keine Seuche!

Das liegt daran, dass die Radioaktivität sich nicht vermehrt wie ein Keim, sondern "nur" vor sich hin strahlt. 
Man kann der Strahlung ausweichen, indem man Abstand hält und indem man vermeidet radioaktive Partikel aufzunehmen. 
Im Kalten Krieg war es aber erwünscht, dass die Menschen maximale Angst vor Radioaktivität haben, denn umso stärker ist die Abschreckung von Atomwaffen! Umso höher die Chance, dass diese nicht zum Einsatz kommen. Atomwaffen töten hauptsächlich durch die Explosion und die Hitze, nur wenige Prozent der Opfer wurden durch die Radioaktivität dahingerafft. 
Das zeigt sich auch daran, dass heute die Städte Hiroshima und Nagasaki lebendige japanische Städte sind. Zudem sei erwähnt, dass im Kalten Krieg mehrere tausend Atomwaffentests, zu einem großen Teil auch oberirdisch, durchgeführt wurden. Der Pazifische Ozean wurde dadurch etwas radioaktiv kontaminiert, was die kuriose Folge hat, dass man den zusätzlichen Eintrag an Radioaktivität durch den Reaktorunfall Fukushima praktisch nicht messen kann, da er die Radioaktivität des Meerwassers nur um 1% erhöht hat. 

Reaktorunfälle

Bisher gab es drei wesentliche Unfälle in Kernkraftwerken, die in der breiten Öffentlichkeit wahrgenommen wurden und die zu politischen Entscheidungen zur friedlichen Nutzung geführt haben.
  • Harrisburg Three Mile Island (Keine Todesopfer)
  • Tschernobyl, ungewöhnlicher Graphitreaktor  (4000 Todesopfer)
  • Fukushima, drei zerstörte Reaktoren (Keine Todesopfer)
Betrachtet man die Bilanz, dann stellt man mit großem Erstaunen fest, dass im Lauf von 50 Jahren weltweit weniger Todesopfer durch Kernkraftwerk-Unfälle aufgetreten sind als durch den Autoverkehr an einem Tag!
Faktisch sind selbst die schlimmsten Unfälle in Kernkraftwerken von ihrer Auswirkung moderat. Das wusste man vor 50 Jahren nicht, als die Anti Atom Bewegung startete. Die Erfahrung aus dem Betrieb ist der beste Nachweis für Sicherheit.

Radioaktive Abfälle

Bei der Kernspaltung entstehen zwei Arten von Atomkernen, einmal die Spaltprodukte und Transurane wie Plutonium. 
Die Spaltprodukte sind leichte Kerne, da sie wie der Name schon sagt, durch die Spaltung eines Urankerns entstehen. Da diese Kerne noch etwas zu viel Neutronen haben, zerfallen sie durch ß-Strahlung relativ schnell. Nach wenigen (5-10) Jahren ist die Aktivität so weit abgeklungen, dass man die Brennstäbe weiterbearbeiten kann, nach hundert Jahren ist von der Aktivität der Spaltprodukte fast nichts mehr vorhanden. Dieser Teil ist also nicht für die Endlagerproblematik verantwortlich.

Problematisch sind die Transurane, insbesondere Plutonium (P239), das eine Halbwertszeit von 24000 Jahren hat. Hält man ein metallisches Plutonium-Stück in der Hand, so fühlt es sich warm an und ist nicht direkt gefährlich, da die Alfa-Strahlung nicht durch die Haut dringen kann. Allerdings hat man damit ein Material in Händen, aus dem man eine Atombombe bauen könnte. Nicht zuletzt aus diesem Grund erzeugen viele Reaktoren dieses Element in nennenswerten Mengen, da es der Rohstoff für zehntausende von Atombomben war. 

Die weltweit jemals erzeugte Menge an Plutonium ist aber erstaunlich gering, in der UDSSR wurden 180 Tonnen und in den USA 80 Tonnen erzeugt. Der gesamte hochaktive Atommüll würde in einen einzigen kleinen Öltanker passen. 

Entsorgung der Abfälle

Aktuell werden die meisten Abfälle zwischengelagert, das finde ich eine gute Lösung, da es damit möglich ist, die "Abfälle" in Zukunft weiter als Brennstoff zu verwenden. Zudem hat ein Zwischenlager den Vorteil, dass Substanzen, die aktuell zwar nicht verwertet werden können aber durch neue Technologien in Zukunft eine Rolle spielen, leicht entnommen werden können.
Ein Endlager sollte erst dann geplant werden, wenn man sich sehr sicher ist, dass man die Substanzen wirklich nicht mehr benötigt. Wie bereits hingewiesen, sind die absoluten Mengen sehr klein und erfordern daher wenig Lagerplatz.  

Verwendung der "Abfälle"

Aktuell gibt es mindestens zwölf neuartige Reaktortypen, die die vorhandenen Reste aus den bestehenden Kernkraftwerken weiter nutzen können. Zudem können Reaktoren gebaut werden, die zukünftig keine langlebigen Abfälle mehr erzeugen, und damit das Problem der Endlagerung vermeiden.

Integration der Kernenergie

Aktuell werden in Deutschland bereits 46% des elektrischen Stroms aus erneuerbaren Quellen erzeugt. Der größte Teil der Energie wird aber immer noch aus Stein- und Braunkohle erzeugt. Diese Brennstoffe erzeugen bei der Verbrennung CO2, das eindeutig die Erde erwärmt. Auf Dauer muss daher die Verbrennung von Kohle beendet werden. 
Es wäre schön, wenn man jetzt einfach die "restlichen" 54%, noch nicht aus erneuerbaren Quellen erzeugte Energie, durch Wind und Sonne ersetzen würde. Das geht aber nicht, ohne, massiv Energiespeicher einzusetzen. Das bedeutet, entweder wir akzeptieren einen gewissen Anteil von fossilen Brennstoffen oder wir nehmen enorme Kosten für (Langzeit-) Speicher in Kauf. 
Die Alternative ist allerdings, wir ersetzen einen Teil der Produktion durch Kernenergie, die völlig CO2-neutral produziert. Damit kann die Kernenergie den Speicherbedarf deutlich reduzieren und es bleibt eine sichere Energiequelle, die auch nachts oder im Winter, verfügbar ist.

Neue Reaktoren

Werfen wir jetzt einen Blick auf die verfügbaren Kernreaktoren. Die Allermeisten sind Siedewasserreaktoren, in die ein Bündel aus Brennstäben hängt, das nach relativ kurzer Zeit, ca. 2 Jahre, ausgetauscht werden muss, da die 3% aktives Uran 235 soweit verbraucht sind (1% Rest), dass sie nicht mehr weiter abbrennen. Das bedeutet, 98% des Urans wird in einem Kernreaktor überhaupt nicht genutzt!
Wie kann man das besser machen? Indem man einen Reaktor entwickelt, der zum einen praktisch den gesamten Brennstoff nutzt und der zudem keine gefährlichen Transurane, insbesondere Plutonium erzeugt. Das geht tatsächlich, wenn man als Brennstoff nicht Uran, sondern Thorium verwendet. Thorium gibt es in sehr großen Mengen und fällt, nebenbei bemerkt, als Abfallprodukt bei der Produktion von seltenen Erden an. 
Aus Thorium kann man keine Atombombe bauen, da es nicht spaltbar ist, ein sehr großer Vorteil!
Der Reaktor arbeitet mit einem "Trick", das Thorium kann Neutronen einfangen und wird zu Uran 233, ein Atomkern der spaltbar ist und im Schnitt 2,4 Neutronen erzeugt. Ein Neutron verwandelt ein weiteres Thorium Atom in Uran 233 um (genaugenommen über Pa233 mit Beta Zerfall), das andere Neutron dient zum Spalten eines weiteren U233.
Durch geschicktes Design brennt so ein Reaktor fast 50 mal so lange, bis er den Brennstoff aufgezehrt hat, als ein normaler Atomreaktor. 
Es wurde interessanterweise so ein sicherer Reaktor bereits 1954 gebaut, um Langstreckenbomber anzutreiben. Mit der Entwicklung der Atomreaktoren verlor das Militär daran jedes Interesse, weil der Reaktor eben kein Plutonium produziert. 

Thorium Reaktoren sind die Lösung!

Thorium Reaktoren sind die Lösung für unser Energieproblem, da sie folgende Vorteile bieten:
  • Die Reaktoren sind Kompakt, etwa Containergröße
  • Der Thorium Bedarf pro Person bis zum Lebensende kostet nur 100 Euro 
  • In den Reaktoren herrscht kein hoher Druck, da sie mit flüssigem Salz arbeiten wie viele Solarkraftwerke
  • Die vorhandenen Plutonium-Abfälle können in diesen Reaktoren verbrannt werden
  • Es entstehen keine Stoffe, die zum Bau von Kernwaffen geeignet wären
  • Die Reaktoren können in Serie gefertigt werden, vergleichbar Pkw Produktion, und sind daher sehr preiswert
  • Ein Reaktor enthält weniger Bauteile als ein moderner Dieselmotor
  • Da nur kurzlebige Nuklide entstehen, fällt das Endlagerproblem weg
  • Ein Reaktorunfall ist nicht möglich, da er inhärent physikalisch sicher ist
  • Die Reaktoren liefern 24h durchgängig Strom
  • Die Container mit je 100 MW thermischer Leistung, etwa 50 MW elektrische Leistung, können dezentral genutzt werden
  • Die Thorium Vorräte reichen viele Jahrtausende
Nachteil: Die meisten Menschen verstehen zu wenig von Physik, um das zu verstehen und werden damit diese perfekte Lösung für unser Energieproblem ablehnen, weil sie von der Anti-Atombewegung verblendet sind.

Doch, wo Gefahr ist, wächst das Rettende!

Weitere Informationen zu dieser Reaktortechnik findet sich etwa bei https://www.copenhagenatomics.com/ ein sehr gutes Forscherteam, das die konkrete Reaktorentwicklung vorantreibt.
Und ein Blick auf die Kernfusion mit ITER

Montag, 7. Oktober 2019

Lageenergiespeicher ohne Fels

Lageenergiespeicher ohne Fels bauen

Der Lageenergiespeicher alias "Gravity Storage" ist ein System zum effizienten Speichern sehr großer Energiemengen bis 10 GWh. Der Speicher beruht auf dem hydraulischen Hochheben einer großen (Fels) Masse. Im Detail wird das unter Gravity-Storage.com erläutert.

In der normalen Ausführung wird ein zylinderförmiges Felsstück mit 250 m Durchmesser und 340 m Höhe mit Seilsägen aus der Umgebung abgetrennt, abgedichtet und an ein System aus Pumpen und Turbinen angeschlossen. Die Pumpen nutzen überschüssigen Strom, um den Kolben anzuheben, die Turbinen nutzen das unter Druck stehende Wasser unter dem Kolben, um bei Bedarf Strom zu erzeugen.

Ich werde immer wieder darauf angesprochen, ob es nicht möglich wäre, statt eines Felskolbens auch einfach einen künstlichen Zylinder für den Speicher zu verwenden. Das ist im Prinzip möglich, hat aber einige Nachteile, die ich in diesem Post besprechen will.

Rand des Systems mit einer Bohrpfahlwand stützen. Die gebohrten Löcher werden mit Stahl armiert und mit Beton verfüllt.

Für Schnellleser, das Hauptproblem sind die Kosten, die beim Bau entstehen und fast unüberwindbare Probleme bei der Stabilität des Systems, wenn es unter Druck steht und kein natürlicher Fels verwendet wird.

Ausheben eines großen Lochs

Will man einen Lageenergiespeicher mit großer Speicherkapazität bauen, so muss der Kolben eine gewaltige Masse haben und erheblich angehoben werden. Für das Beispiel werde ich einen Speicher mit 1 GWh Kapazität näher betrachten.

Gesicherte Wand, Innenbereich ausbaggern. Wichtiger Hinweis, das Bild ist nicht maßstäblich, der Durchmesser beträgt ca. 160 Meter!


Nach der Formel, Energie = Masse × Höhe × Erdanziehung kann man berechnen, dass für 1 GWh Kapazität ein Zylinder mit 82 m Radius und 164 m Höhe nötig ist. Das Volumen des Lochs beträgt dann ca. 3,5 Millionen Kubikmeter.

Will man das Loch also mit dem Bagger ausheben, muss man die entsprechende Masse an Material, 9 Millionen Tonnen, auf Halde legen. Typische Kosten für das Ausbaggern, Abtransportieren und auf Halde deponieren, liegen im Bereich von 10€/t. Damit kostet dieser Arbeitsschritt bereits 90 Mio. Euro.

Ausheben des Erdreichs, neben dem Bagger müssen natürlich entsprechend leistungsfähige Transportsysteme eingesetzt werden.

Damit aber das Loch nicht einstürzt, müssen die Wände befestigt werden, da diese 164 m hochragen, müsste dafür eine neue Technologie entwickelt werden, einfache Betonsäulen, wie man sie von Baustellen kennt, kann man nicht so tief bauen, da die Maschinen nicht so exakt senkrecht schneiden. Wir gehen mal sehr vorsichtig geschätzt von 1000 Euro pro Quadratmeter Wandfläche aus. Die Wandfläche beträgt A = 2 × Pi × Radius × Höhe = 85000 m² somit Kosten in Höhe von 85 Millionen Euro entstehen.

Außenwand und Boden gut gesichert. Neben der Stabilität muss die Wand auch auf wenige cm genau gebaut werden, damit die Dichtung funktioniert.

Der Kolbenaufbau

Nachdem das Loch ausgehoben wurde und die Wände hoffentlich stabil sind, muss der Kolben gebaut werden. Dabei kann man an ein "kübelförmiges" Stahlbetongefäß denken. Der Stahlbetonmantel muss dabei den Druck durch die Füllung mit dem Aushub ertragen. Im Bodenbereich liegt der Druck p im Bereich von

p = Höhe × Dichte Erdanziehung 
p = 164m × 2650 kg/m³ 9,81 N/kg
p = 43 Bar. 

Es muss also ein "Kessel gebaut werden, der 43 Bar erträgt und einen Radius von 82 m hat. Ein derartiger Kessel benötigt extreme Stahlverstärkung.

Mit Stahl verstärkte Kolbenwand herstellen.

Nach der Kesselformel

 

bei der d_m den Durchmesser und s die Wandstärke angibt, kann man diese bei bekanntem Zugfestigkeit von Stahl sigma_t (Spannung tangential) berechnen und erhält:

s = p × d_m /(2 × sigma_a) 
s= 4.300.000N/m² × 164m / (2 × 1000 N/mm² ×1.000.000mm²/m) 
s = 0,35 m 

Der Kessel hat also unten eine Wandstärke (Stahl, ohne Beton!) von mindestens 35 cm! Geht man optimistisch von einem Stahlpreis von 1000€/t aus, benötigt man für die 85.000 m² Wand unter Berücksichtigung des Druckverlaufs

m_s = A × d_m × rho_Stahl / 2 = 85.000m² * 0,35m × 7700kg/m³/2 
m_s = 115.000t Stahl.

Der Stahl kostet ohne Verarbeitung 115 Millionen €.

Jetzt schütten wir all den Aushub in den Kolben was abermals 85 Millionen Euro kostet.

Kolben mit Aushub füllen, es wird etwas zurückbleiben, das könnte für den zusätzlichen Wasserbehälter genutzt werden.

Damit wäre der Kolben fertig, die Bodenfläche wurde nicht näher betrachtet, da diese keine besonderen Material-Erfordernisse gegenüber den normalen Bau aus einem Felskörper hat.

Wandverstärkung des Zylinders.

Kommen wir zu einem weiteren Problem im lockeren Untergrund. Wenn das Wasser unter dem Kolben unter Druck steht, dann will es seitlich ausweichen. Damit dadurch nicht das umliegende Material nach oben ausweicht, muss im Prinzip ein ähnlicher Ring zur Verstärkung unten am Zylinder  montiert werden. Zur Vereinfachung gehen wir davon aus, dass ein vergleichbarer Aufwand entsteht, dann kostet diese Verstärkung ca. 100 Millionen Euro.

Kostenvergleich

Zählt man die Zusatzkosten zusammen, erhält man 385 Millionen Euro. Demgegenüber stehen die Kosten bei einer Bauweise, die auf Seilsägen beruht, dort kostet das Freilegen etwa 126 Millionen Euro. Die Gesamtkosten des Systems liegen bei konventioneller Bauweise im Fels insgesamt, inklusive Turbinen, Dichtung und Planung, bei 372 Millionen Euro. 

Eine Anlage, die den Kolben künstlich aufbaut, kostet dazu im Vergleich etwa 631 Millionen Euro, also um 70% teuer als ein ausgesägter Kolben.

Der künstliche Kolben hat aber noch einen weiteren Nachteil, das sind die Kosten bei großen Anlagen. Mit wachsender Kolbengröße steigt die Menge des Aushubs stark (3. Potenz) an und zusätzlich wird der Bedarf an Verstärkung sowohl an der Zylinderwand und an der Kolbenwand nahezu unbeherrschbar. Damit ist, wenn überhaupt, die Bauweise "künstlicher Kolben" nur für kleinere Anlagen geeignet.

Anlagen, die wesentlich weniger als 1 GWh speichern, sind aber für die Speicherung im Hochspannungsnetz ökonomisch schlecht darstellbar, was man auch daran sieht, dass Pumpspeicher selten wesentlich kleiner gebaut wurden.

Es ist aber immer denkbar, dass es Sonderfälle geben kann, in denen ein alternative Bauweise sinnvoll ist.


Montag, 3. Dezember 2018

Podcast Energiespeicher

Ein Podcast zu Energiespeicher

Eine Stunde und 40 Minuten lang ist das Interview, das Markus Voelter mit mir über Energiespeicher geführt hat und das ich meinen Lesern nicht vorenthalten will.
Allerdings ist es auf Englisch, damit es weltweit verstanden wird.

Podcast zum Thema Energiespeicher und Gravity Storage

Sollte es mehr Audio
Beiträge zum Thema Energie hier geben?
Einfach in den Kommentar schreiben.

Samstag, 30. Dezember 2017

LCOS Levelized Cost of Storage - Preis für Speicher

Vergleich der Speicherkosten

Die Kosten von Energiespeicher zu vergleichen, ist alles andere als einfach. Das liegt daran, dass die bekannten Speicher, wie Batterien, Pumpspeicher oder Gravity Storage bis zu Power to Gas, sehr unterschiedliche Preise und Wirkungsgrade haben.
In diesem Post will ich das international übliche Vergleichsverfahren LCOS erläutern und auf die Probleme bei der Berechnung hinweisen.
Webinar über LCoS und Großspeicher (englisch)

Wo die Kosten entstehen

Auf den ersten Blick sehen viele nur den Anschaffungspreis (CAPEX) für einen Speicher. Aber bereits dieser ist nicht trivial zu bestimmen, denken wir nur an einen Pumpspeicher, der gebaut werden muss. Vielleicht liegen zehn Jahre von der Investitionsentscheidung bis zur ersten Stromlieferung, eine Zeit in der viel Geld ausgegeben wird. Hätte man das Geld in dieser Zeit nicht besser anlegen können, etwa mit 5% Verzinsung? 
Um diesen Effekt zu berücksichtigen, wird der abgezinste Preis für die Zukunft ermittelt. In einem einfachen Fall wäre ein Speicher, der 1000 Euro kostet, aber erst nach einem Jahr benutzt werden kann, mit einem "Kaufpreis" von ~1050 Euro anzusetzen.

Ist der Speicher in Betrieb, entstehen laufende Kosten (OPEX), etwa für Wartung und Betrieb, aber auch für die Miete der Fläche. Steht ein Speicher in der Wohnung und benötigt 1 m² Platz, muss man fairerweise die Mietkosten pro Monat, etwa 5 €/m² umlegen, sodass der Speicher im Jahr allein 5 × 12 = 60 € Raummietkosten verursacht!

Ein Stromspeicher hat nie einen 100% Wirkungsgrad. Da der Strom, der eingespeichert wird, nicht kostenlos ist, auch wenn gerne das Gegenteil behauptet wird, muss man die Kosten für den Strom, der während dem Speichern verloren geht, berücksichtigen. Hat man etwa eine LiIon Batterie, die Strom aus der eigenen PV Anlage aufnimmt, so kann man für den Strompreis 10 ct/kWh ansetzten und einen Wirkungsgrad des Speichers, gemessen auf der Seite des Wechselstroms, von 90% annehmen. Mithin entstehen pro Speicherzyklus in einem 10 kWh Speicher 10 ct Kosten aufgrund des internen Stromverlusts.

Für viele Berechnungen ist der verlorene Zins eine der teuersten und auch am schwierigsten zu verstehenden Größen. Bei einer Investitionsentscheidung will jeder Unternehmer eine Rendite, die höher ist, als die Rendite, die er bei der Bank bekommen würde. Da jede Investition einen Gewinn erwirtschaften soll und mit Unsicherheiten behaftet ist, wird kalkulatorisch eine Verzinsung angenommen, die relativ hoch erscheint, aktuell häufig 8%.
Man bedenke, ein Speicher könnte kaputtgehen, zukünftig könnte ein anderer Bedarf entstehen oder ein wesentlich billigerer Speicher auf den Markt kommen. In jedem dieser Fälle wäre die erwartete Rückzahlung gefährdet und dagegen "Versichert" sich der Unternehmer mit einer geplanten Rendite.

Genaue Berechnung 

Für eine genaue Berechnung der Kosten für das Speichern einer kWh Strom (oder MWh, die im Strommarkt übliche Größe) muss man daher viele Faktoren vorab wissen. Die Wichtigsten sind:

  • Strompreis des einzuspeichernden Stroms (P_elec-in)
  • Wirkungsgrad des Speichers (u(DOD))
  • Kaufpreis des Speichersystems (CAPEX)
  • Lebensdauer des Speichers (N Speicherlebensdauer in Jahren)
  • Anzahl der Speicherzyklen (#cycles)
  • Erwartete Rendite (r Zinssatz)
  • Betriebskosten (O&M
Hat man alle diese Größen zusammen, kann man eine erste einfache Rechnung machen:

                      Alle Kosten
Kosten pro kWh = ---------------------
                  gespeicherter Strom


So einfach diese Formel erscheint, so kompliziert wird sie, wenn man die zukünftigen Einnahmen und Ausgaben finanztechnisch richtig einsetzt. Dann wird etwa eine kWh, die man erst in 5 Jahren speichert, kleiner als gedacht, da man ja alles für die Zukunft abzinsen muss (Stichwort: Rendite). 

Dieses Abzinsen kann man durch eine Summenformel beschreiben, die da lautet:


Ausführliche Formel zum Berechnen der Speicherkosten nach Apricum.
Ich gehe mal davon aus, dass die meisten beim Erblicken dieser Formel in ehrfürchtiges Erstaunen versetzt werden. Aber genaugenommen steht da nicht mehr drin, als ich bisher angesprochen habe, nur in einer, für mathematisch geübte, klaren Schreibweise. 


Auswertung LCOS mit Beispielen


Praktischerweise kann man so eine Formel mit etwas Geduld in Excel eingeben und dann losrechnen. Dies habe ich zusammen mit Experten vom Imperial College in London, insbesondere zu erwähnen Herrn Schmidt [1], gemacht und dabei für einige Systeme die Resultate ermittelt. 

Vergleicht man wichtige Speichersysteme, erhält man die folgenden Resultate:
Vergleich LCOS für verschiedene Speichersysteme [1]
In der Grafik sieht man, dass Gravity Storage und Compressed Air Speicher nahezu die gleichen Anschaffungskosten (CAPEX) haben, aber die Speicherkosten bei einem Gravity Storage System niedriger liegen, da der Wirkungsgrad dort höher ist und somit weniger Strom (P-elec) in das System eingespeichert werden muss, um gleichviel Strom später zur Verfügung zu haben.

Für die Rechnung wurden folgende Annahmen getroffen:


Verwendete Daten für die Berechnung oben. [1]

Wie stark die Auswirkung der Rendite (Zinssatz) sind, sieht man, wenn man mit 4% Zins statt 8% Zins wie oben gezeigt, rechnet.


Veränderung des LCOS bei 4% Zins. [1]

Obwohl alle anderen Kosten unverändert sind, fallen die Speicherkosten für manche Systeme, wie Pumped Hydro (Pumpspeicher) deutlich ab. Hingegen bleiben die Kosten bei Batterien relativ hoch. Woran liegt das? Der Grund liegt in der Bauzeit, während Batteriesysteme innerhalb eines Jahres am Netz sein können, benötigen Systeme mit mehrjähriger Bauzeit viel Kapitalvorlauf bis die ersten Einnahmen kommen. Sind die Zinsen niedrig, hat das aber nur eine geringe Bedeutung.

Fazit

Ich hoffe, an dieser Stelle ist klar geworden, dass die Berechnung der Kosten für Speicher, insbesondere wenn sie als Investition eines Unternehmens getätigt werden, nicht leicht zu bestimmen sind, aber dass es bekannte Verfahren gibt diese Kosten genau zu berechnen.

Viele private Nutzer von Batteriesystemen werden so eine Rechnung selten machen, es geht da oft um das gute "Gefühl" einen Speicher für den eigenen Strom zu haben, das kann aber leider nicht in einer Rechnung abgebildet werden.


Anmerkungen:
CAPEX = capital expenditures (Kapitalkosten)
LCOS = Levelized Cost of Storage (Gewichtete Kosten des Speicherns)
OPEX = operating expenditures (Betriebskosten)

Quellen:
[1] Schmidt, 2017, report: Levelized cost of storage

Mittwoch, 20. Dezember 2017

Pumpspeicher zwei Tagungen

Der Bedarf an Pumpspeicher 

Im Jahr 2017 war ich auf zwei Pumpspeicher Tagungen, "Pumpspeicherwerke" in Essen am 10. Juli 2017 und am 29./30. November auf der 3. Internationalen Pumpspeicherkonferenz in Salzburg, die Ergebnisse sind etwas widersprüchlich und ich will sie in diesem Blogbeitrag diskutieren

Internationale Verteilung von Pumpspeicherwerken.

Pumpspeicher in Deutschland

Die deutschen Pumpspeicher haben eine Kapazität von 40 Gigawattstunden und eine Anschlussleistung von 6 GB, dies sind gewaltige Zahlen allerdings im Verhältnis zum Stromsystem eher klein, die Leistung ist etwa ein Zehntel des deutschen Stromverbrauchs und die Kapazität könnte noch nicht einmal eine Stunde lang Deutschland mit Strom versorgen (Falls die Leistung reichen würde).

Die Aufgabe der Pumpspeicher lag aber in ihrer ursprünglichen Funktion nicht darin, Deutschland etwa über Nacht mit Strom zu versorgen, wenn die Sonne nicht scheint, sondern Ausfälle von Kernkraftwerken zu managen oder Spitzenlasten in der Mittagszeit, die insbesondere durch das Einschalten vieler Elektroherde früher entstanden sind, abzudecken.

Rene Kühne zur Entwicklung des Spotpreis, die Spitze am Mittag ist verschwunden. (Folien)

Heute hat sich das Bild massiv gewandelt. Tagsüber trägt die hohe Zahl an Fotovoltaik-Anlagen, mit etwa 40 GB installierter Leistung, erheblich zum Abbau von Strombedarfsspitzen bei. Wenn auch nicht immer insbesondere natürlich im Winter, wenn es sehr bewölkt ist und nur wenige hundert Megawatt von der Fotovoltaik erzeugt werden. Dies führt dazu, dass der Strompreis nicht mehr so stark schwankt wie früher und genau deshalb haben die Pumpspeicher Betreiber ein erhebliches Problem ihre Anlagen zu finanzieren.

Es ist inzwischen soweit, dass selbst fertige Anlagen kaum mehr den Erlös bringen um den Betrieb aufrecht zu erhalten. So gaben einige Sprecher auf der Tagung in Essen an, dass im Fall einer größeren Revision, etwa den Austausch einer Turbine, das Kraftwerke eigentlich aus wirtschaftlichen Gründen stillgelegt werden müsste.

Dies hätte natürlich erhebliche Folgen für das Stromnetz, denn die Pumpspeicher dienen eben auch zur Stabilisierung des Netzes und sollen zukünftig ja Solarstrom und Windstrom puffern um zu anderen Zeiten des Bedarfs die entsprechende Energie zur Verfügung zu stellen.

Einige steile Thesen zur Wirkung von Pumpspeichern, vorgestellt von Peter Stratmann (Folien)

An einen Neubau ist daher in Deutschland praktisch überhaupt nicht zu denken, was auch dazu führte, dass das bekannte Projekt Atdorf im Südschwarzwald, gestoppt wurde, obwohl bereits 60 Millionen Euro für die Planung ausgegeben wurden.

Ausbau der Pumpspeicherwerke ist fast zum Erliegen gekommen, dargestellt als gelbe Kreise, Reinhard Fritzer, ILF (Folien)

Pumpspeicher in Österreich

Anders die Situation in Österreich, dort stehen wesentlich mehr Pumpspeicherkraftwerke, insbesondere was die Speicherkapazität betrifft. Diese kommt von den großen Gefällen in den Alpen um den erheblich größeren Staumauern und damit Speicher.
Auf der Internationalen Pumpspeicher Tagung in Salzburg wurden die berühmte Anlage der Illwerke von Professor Helmut Jaberg vorgestellt. Ein Pumpspeicher mit über 800 m Fallhöhe und über einen Gigawatt Leistung.

Das Verhältnis Speicher zu Turbine ist in Österreich und in der Schweiz größer, womit länger gespeichert werden kann.
Durch die große Speicherkapazität können auch Überschüsse, wie sie aus längeren Starkwind-Perioden kommen aufgenommen werden, wenn die Leitungen ausreichen. Bei Flaute kann die Energie dann abgerufen werden und teurer verkauft werden.

Dies wird in den Medien oft irreführend dargestellt, als ob wir Strom ans Ausland verschenken und teuer wieder importieren. Nein, da liegt eine Dienstleistung dazwischen, dass die Energie gespeichert wird und genau dann geliefert wird, wenn wir bedarf haben!

Einnahmequellen für Speicher

Die sehr flache Preiskurve für Strom kann Speicher aktuell nicht finanzieren, aber es gibt auch andere Einnahmequellen für Speicher, etwa der Regelenergiemarkt. Dabei wird kurzfristig Energie bereitgestellt oder aufgenommen, um das Netz zu stabilisieren.

Regelenergie ist eine weitere Einnahmequelle für Pumpspeicher.

Im Vortrag der Beratungsfirma BET aus Aachen wurden weitere Einnahmequellen vorgestellt.

Verschiedene Einnahmequellen für Speicher
Das Problem sind aber oft die gesetzlichen Regelungen, die es sehr schwer machen alle Märkte fair zu behandeln. Hier zeigt sich oft, dass unsere Energiegesetze immer noch zu stark von der Denkweise im alten Energiesystem dominiert sind. Zudem wird der Transport von Energie nicht abgebildet, alle Preise gelten flächendeckend für Deutschland, obwohl vielleicht in Norddeutschland ein Überschuss und in Süddeutschland ein Mangel an Strom vorhanden sein kann.

Die Lastgradienten wachsen in den letzten Jahren, daher ist schnelle Regelleistung erforderlich. 

Eine Alternative zu Speichern ist der Netzausbau, aber der geht leider sehr schleppend voran, sodass langfristig viel Energie, die aus Wind und Sonne kommen, nicht den Verbraucher erreicht.

Netzausbau, erst 3% sind 2016 geschafft, Folie Team Consult.

Fazit

Pumpspeicher allein in einem Stromsystem zu betrachten ist nicht zielführend. Zukünftig müssen alle Komponenten eines modernen Stromnetzes zusammenarbeiten. Wind, Off- und Onshore, PV, Leitungen, Speicher in Deutschland aber auch jenseits der Grenze und das am besten mit fairen Regeln für alle Beteiligte.

Mehr Konferenzberichte:
http://energiespeicher.blogspot.de/2013/11/konferenzberichte.html