Im Zuge des Ausbaus von fluktuierend einspeisenden erneuerbaren Energieerzeugern wie Photovoltaik und Windenergieanlagen ist das Thema Stromspeicherung ein wichtiger Teilbereich der Energieforschung geworden. Pumpspeicherwerke sind die heutzutage am weitesten verbreitete Technologie zur Speicherung von elektrischer Energie und durch ihre hundertjährige Geschichte technisch bereits voll ausgereift. Strom zu Strom Wirkungsgrade um 80%, hohe Zyklenfestigkeit und Lebensdauern von 40 Jahren sind einige Vorteile von Pumpspeichern. In der aktuellen Forschung gibt es daher mehrere Ansätze die bewährte Technologie auf neue Anwendungsfelder zu übertragen, z.B. um den hohen Flächenverbrauch der Speicherbecken zu reduzieren, neue Standorte zu erschließen oder auch die Maschinensätze durch Modularisierung zu standardisieren, um so günstigere Pumpspeicher errichten zu können. Im Folgenden wird ein Überblick über die aktuelle Forschungslandschaft gegeben (ohne Anspruch auf Vollständigkeit).
2009-2012 hat das EFZN gefördert vom BMU eine Machbarkeitsstudie für untertägige Pumpspeicher in Deutschland durchgeführt (FKZ: 0325074). Anhand von zwei exemplarischen Standorten wurden diverse Aspekte verschiedener wissenschaftlicher Disziplinen beleuchtet: Neben maschinentechnischen wurden gebirgsmechanische, juristische und wirtschaftliche Aspekte betrachtet. Die ausführlichen Berichte sind online abrufbar:
Zum Abschlussbericht 2011
Zum Bericht über die Wirtschaftlichkeit 2012
Da 2012 festzustellen war, dass bei den gegebenen Marktrahmenbedingungen in Deutschland keine rentabler Investition möglich war, haben sich die weiteren Forschungsansätze des EFZN auch auf das Ausland gerichtet. So zum Beispiel ein Vorhaben zur nachhaltigen Nachnutzung der Goldminen in Südafrika. Diese gehören zu den tiefsten Bergbauten weltweit, was einen hohen Förderaufwand bedeutet. Wenn die Erträge aus dem Bergbau diesen Aufwand nicht mehr rechtfertigen (z.B. durch fallende Goldpreise), dann werden die Minen stillgelegt. Dabei laufen die Gruben allmählich mit Grundwasser voll (sog. „absaufen“). In Kontakt mit dem Erzgestein kann das Grundwasser jedoch sauer werden und schädliche goldbegleitende Elemente wie Uran aufnehmen. Gelangt dieses kontaminierte Wasser dann in Kontakt mit sauberen Grundwasserressourcen oder Oberflächengewässern können Biotope gefährdet sein. Eine nachhaltige Nachnutzung der untertägigen Infrastruktur bei der ein Absaufen vermieden wird, ist daher wünschenswert. Ein untertägiger Pumpspeicher erscheint hierfür geeignet zu sein, wie in einem ausführlichen Artikel des EFZN und der südafrikanischen Partneruniversität NWU erläutert wird (DOI: 10.1016/j.rser.2017.04.116 / pdf auf Nachfrage).
Ansprechpartner: Friederike Kaiser
2011 begannen die Grundlagenuntersuchungen am Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft (IWW) der RWTH Aachen University zu Strömungsprozessen in unterirdischen Pumpspeicherwerken. Gefördert und inhaltlich unterstützt wurden diese durch verschiedene Unternehmen. Seit 2016 unterstützt die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) das Projekt und ermöglicht damit besonders umfangreiche und grundlegende Untersuchungen. Ziel des DFG-Projekts ist die systematische Beschreibung der hydrodynamischen Prozesse in unterirdischen Pumpspeicherreservoirs (UPSR), deren Kenntnis für die hydraulische Bemessung maßgeblich ist. Hierfür wird eine hybride Modellierung zur Bestimmung des Einflusses betrieblicher und konstruktiver Faktoren auf die Strömungsprozesse in den Reservoirs durchgeführt. Hybrid bedeutet in diesem Zusammenhang die Kombination aus experimentellen Modellversuchen in der Versuchshalle des IWW und numerischen 3D-Simulationen mit OpenFOAM.
https://undergroundpumpedstorageplants.wordpress.com/
Ansprechpartner: Dr.-Ing. Dipl. Wirtsch.-Ing. Elena Pummer
www.iww.rwth-aachen.de
Seit 2012 untersucht das Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft der Universität Duisburg-Essen zusammen mit weiteren Forschern der Ruhr-Universität Bochum, der RAG AG, der DMT GmbH und des Rhein-Ruhr-Instituts für Sozialforschung und Politikberatung e.V. die Machbarkeit eines unterirdischen Pumpspeicherwerks. Während der ersten Projektphase (11/2012 bis 04/2014) konnte die generelle Machbarkeit für die Nutzung von Anlagen des Steinkohlebergbaus im Ruhrgebiet bestätigt werden. Umweltminister Remmel überreichte am 25. August 2016 einen Förderbescheid für weitere Untersuchungen. Die Förderung zur aktuell laufenden, zweiten Phase wird aus einer Kombination von Bundes- und Landesmitteln finanziert. Dem Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft obliegt dabei - wie bereits in der ersten Phase - die Projektleitung. Ziel ist es, die technische Machbarkeit am Standort Prosper-Haniel, Bottrop, zu untersuchen. Die Beispielkonzeption sieht ein geschlossenes System mit 200 MW maximaler Leistung und einem Speicherzyklus von etwa vier Stunden vor (800 MWh). Der untertägige Speicher wird hierbei mittels Tunnelbohrmaschine auf einer Länge von ca. 16 km in Form eines Speicherringes aufgefahren und anschließend mit Tübbingausbau ausgekleidet. Das Fassungsvermögen des unteren Speicherringes beträgt rund 600.000 m³ bei einem inneren Durchmesser von rund 7,0 m. Das vorläufige Ergebnis: die technische Machbarkeit kann bestätigt werden.
Weitere Informationen und bisherige Ergebnisse können Sie auf der Projekthomepage unter www.upsw.de abrufen.
Ansprechpartner: Prof. André Niemann
www.uni-due.de/wasserbau
|
