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Pumpspeicherkraftwerke in alten Bergwerken

Pumpspeicherkraftwerke in alten Bergwerken. Gliederung. Einleitung Grundlagen Funktionsprinzip eines PSW Aktuelle Situation PSW in der Zukunft Vorteile/Nachteile/Kriterien unter Tage liegender PSW Pilotanlage „ Wiemannsschacht “ in Bad Grund Fazit Quellen.

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Pumpspeicherkraftwerke in alten Bergwerken

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Presentation Transcript

  1. Pumpspeicherkraftwerke in alten Bergwerken UNI Kassel Ingenieurshydrologie SS14- PSKW unterTage- AnnabellaReinke

  2. Gliederung UNI Kassel Ingenieurshydrologie SS14- PSKW unterTage- AnnabellaReinke • Einleitung • Grundlagen • Funktionsprinzip eines PSW • Aktuelle Situation • PSW in der Zukunft • Vorteile/Nachteile/Kriterien unter Tage liegender PSW • Pilotanlage„Wiemannsschacht“ in Bad Grund • Fazit • Quellen

  3. Funktionsprinzip eines PSW UNI Kassel Ingenieurshydrologie SS14- PSKW unter Tage- Annabella Reinke Mit billigem Strom wird Wasser in ein höheres Becken gepumpt. Steigt die Stromnachfrage, fließt es durch Turbinen zurück, die Generatoren antreiben – und Strom wird als „Regelenergie“ verfügbar.

  4. Aktuelle Situation UNI Kassel Ingenieurshydrologie SS14- PSKW unter Tage- Annabella Reinke Aktuell knapp 40 PSW in Deutschland Pumpspeicherleistung in Deutschland 7 GW  täglich 4-8 Stunden Dauerbetrieb Erwarteter Leistungsüberschuss von 14 GW Durchschnittlicher Wirkungsgrad von 75% Weltweit stärkste: BathCounty (USA) mit 3GW Deutschland Größtes: Goldisthal mit 1060 MW

  5. PSW in der Zukunft UNI Kassel Ingenieurshydrologie SS14- PSKW unter Tage- Annabella Reinke Zunehmend wichtige Rolle Bedarf am Regelenergie wird steigen Windenergie unterliegt starke Schwankungen die ausgeglichen werden müssen

  6. Potenzial in Deutschland UNI Kassel Ingenieurshydrologie SS14- PSKW unter Tage- Annabella Reinke Deutschland verfügt über mehr als 100.000 Bergwerke Viele schon stillgelegt anderen steht es bevor Ca. 100 Bergwerke geeignet Annahme von 100 MW pro Bergwerk Anhaltspunkt: 100 Bergwerke mit 100 MW  10 GW Verdoppelung der heute installierten Leistung

  7. Potenzielle Standorte Legende Bergbauregionen geeignet bedingt geeignet Zur Zeit nicht verfügbar Lagerstätten des Eisenerzes befinden sich im Lahn-Dill-Gebiet, im Siegerland, im Weserbergland, im Raum Salzgitter, im Thüringer Wald, in der Oberpfalz und im Harz. UNI Kassel Ingenieurshydrologie SS14- PSKW unter Tage- Annabella Reinke

  8. Vorteil von stillgelegten Bergwerken UNI Kassel Ingenieurshydrologie SS14- PSKW unter Tage- Annabella Reinke • Umweltfreundlichkeit • Minimierung der Inanspruchnahme der Tagesoberfläche • Nutzung vorhandener Hohlräume • Reduzierung der Auffahrkosten • Fallhöhe • Höhendifferenz die sonst nur in Hochgebirgen vorhanden ist • Nachfolgenutzung • Ausgebeutetes Bergwerk grundsätzlich nutzlos

  9. Nachteile von stillgelegten Bergwerken UNI Kassel Ingenieurshydrologie SS14- PSKW unter Tage- Annabella Reinke • Dimensionierung der Hohlräume • Ausgebaute Streckensysteme im Bergbau meist sehr klein • Für Nachnutzung ist Vergrößerung/ komplette Neuaufahrung notwendig • Sicherung der Holräume • In Abhängigkeit der Nutzung wurden die geschaffenen Hohlräume unterschiedlich gesichert

  10. Kriterien/Anforderungen an stillgelegte Bergwerke UNI Kassel Ingenieurshydrologie SS14- PSKW unter Tage- Annabella Reinke • Region • Negative Umweltauswirkungen vermeiden • Infrastruktur über Tage (Verkehrswege) • Schutzgebiete beachten • Hydrogeologie (Lage des Grundwasserleiters) • Lagerstätte • Gesteinstypen(Erz, Salz, Kohle, Steinkohle) • Vorteile von Eisenerzlagerstätten: • Gute Verteilung in Deutschland • Geologisch stabil • Teilweise große Hohlräume vorhanden • Standfestigkeit • Rohstoffsicherheit (vorhandene Wertmineralien) • Bergwerk • Tiefe und Breite der Teufe (Tiefen < 250 m werden nicht weiter betrachtet) • Alter des Bergwerkes • Bereits erfolgte Nachnutzung

  11. Pilotprojekt:Wiemmansschacht Bad Grund UNI Kassel Ingenieurshydrologie SS14- PSKW unter Tage- Annabella Reinke

  12. Pilotprojekt:Wiemmansschacht Bad Grund UNI Kassel Ingenieurshydrologie SS14- PSKW unter Tage- Annabella Reinke • Pilotprojekt des Energie- Forschungszentrums Niedersachsen in Kooperation mit der TU Clausthal • Erzbergwerk „Wiemannsschacht“ Bad Grund (Harz) • von 1931 bis 1992 in Betrieb • Nach der Schließung Geflutet und mit Betonplomben versetzt • Ziel: Speicherung der in der Harz Region erzeugten Windenergie • Soll noch vor 2019 im Harz ans Netz gehen

  13. Pilotprojekt:Wiemmansschacht Bad Grund UNI Kassel Ingenieurshydrologie SS14- PSKW unter Tage- Annabella Reinke Fakten: • Erzbergwerk • Schachttiefe 760 m • Nutzbare Fallhöhe 700 m • Breite 3,5 m • Erwartete Kraftwerksleistung 100MW • Speicherbecken Vnutzbar= 242.000m3

  14. Bauphase im Wiemannsschacht UNI Kassel Ingenieurshydrologie SS14- PSKW unter Tage- Annabella Reinke Öffnen des Bergwerks Betonplombe entfernen Trockenlegung des Bergwerks m. H. Kreiselpumpen Sichern/Sanierung nutzbarer Hohlräume Ausbauen der Speicherbecken als Streckensystem+ Maschinenraum Abteufen weiterer Schächte Ausbauten mit Beton

  15. Modellbergwerk Wiemannsschacht UNI Kassel Ingenieurshydrologie SS14- PSKW unter Tage- Annabella Reinke

  16. Pilotprojekt:Modellbergwerk Wiemannsschacht UNI Kassel Ingenieurshydrologie SS14- PSKW unter Tage- Annabella Reinke

  17. Maschinensatz • Maschinenraum 80m*20m*30m = 48.000m3 • Aus Platzbedarfsgründen Liegender Maschinensatz • Francisturbine • Im Pumpbetrieb dient der Generator als Motor • eine zweistufige, zweiflutigeKreiselPumpe UNI Kassel Ingenieurshydrologie SS14- PSKW unter Tage- Annabella Reinke

  18. Leistungsberechnung UNI Kassel Ingenieurshydrologie SS14- PSKW unter Tage- Annabella Reinke P = w* g* V* hf*ges= 89 MW Wirkungsgrad pumpe= 0,86; turbine=0,89ges = 0,77 DichteWasser w= 1000 kg/m3 Erdbeschleunigung g= 9,81 m/s2 MittlereFallhöhehf= 700m Volumenstrom V=242.000 m3/4h= 16,8 m3/s

  19. Investitionskosten Erforderliche Investitionskosten 150-200 Mio € Unter Tage: 1800 €/kW Oberirdisch: ≈900 €/kW UNI Kassel Ingenieurshydrologie SS14- PSKW unter Tage- Annabella Reinke

  20. Fazit UNI Kassel Ingenieurshydrologie SS14- PSKW unter Tage- Annabella Reinke • Potenzial • Energiespeicherbedarf • Verfügbare Kapazitäten • Geringer Forschungsaufwand • Herausforderungen • Arbeiten unter Tage • Investitionskosten • Start weiterer Pilotanlagen sinnvoll? • Ähnliches Konzept: Hybridanlage

  21. Quellenangaben UNI Kassel Ingenieurshydrologie SS14- PSKW unter Tage- Annabella Reinke Energie und Forschungszentrum Niedersachsen http://www.vde.com/de/regionalorganisation/bezirksvereine/dresden/ueber%20uns/dresdner_mitteilungen/2011/documents/2011_09_09_1350_schmidt.pdf# http://www.gbv.de/dms/clausthal/E_BOOKS/2011/2011EB1130.pdf Zukunft Wasserkraft – Linthal2015 Kraftwerke Linth-Limmern- Axpo http://de.wikipedia.org/wiki/Pumpspeicherkraftwerk

  22. Vielen Dank Für Eure Aufmerksamkeit! UNI Kassel Ingenieurshydrologie SS14- PSKW unter Tage- Annabella Reinke

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