Post on 06-Apr-2016
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PumpspeicherkraftPumpspeicherkraftwerkewerke
Aufbau der PräsentationAufbau der Präsentation Was sind Pumpspeicherkraftwerke?Was sind Pumpspeicherkraftwerke? Funktionsweise Funktionsweise Erläuterung des Motor-Generator-Prinzips Erläuterung des Motor-Generator-Prinzips
und der Francis-Turbineund der Francis-Turbine UmwandlungsprozesseUmwandlungsprozesse ÖkonomieÖkonomie Beispiel GeesthachtBeispiel Geesthacht Vor- und Nachteile Vor- und Nachteile Bedeutung in der ZukunftBedeutung in der Zukunft
Was sind Was sind Pumpspeicherkraftwerke?Pumpspeicherkraftwerke?
Ein Ein Pumpspeicherkraftwerk ist Pumpspeicherkraftwerk ist ein Speicherkraftwerk, ein Speicherkraftwerk, dass der Speicherung von dass der Speicherung von elektrischer Energie dient. elektrischer Energie dient. Es ist also im eigentlichen Es ist also im eigentlichen Sinne kein Kraftwerk, da Sinne kein Kraftwerk, da es kein Strom produziert. es kein Strom produziert. Während des gesamten Während des gesamten Speichervorgangs wird die Speichervorgangs wird die Energie mehrmals Energie mehrmals umgewandelt um umgewandelt um letztendlich bei Bedarf letztendlich bei Bedarf wieder in Form von Strom wieder in Form von Strom in das Netz eingespeist zu in das Netz eingespeist zu werden.werden.
Funktionsweise von Funktionsweise von PumpspeicherkraftwerkenPumpspeicherkraftwerken
Strom wird dem Netz entnommen, wenn ein Energieüberschuss besteht, was in der Regel nachts der Fall Strom wird dem Netz entnommen, wenn ein Energieüberschuss besteht, was in der Regel nachts der Fall ist.ist.
Mit dem entnommenen Strom wird die Pumpe betrieben, die das Wasser in das obere Speicherbecken Mit dem entnommenen Strom wird die Pumpe betrieben, die das Wasser in das obere Speicherbecken pumpt.pumpt.
Wenn die in Form von Wasser gespeicherte Energie benötigt wird, wird der Absperrschieber geöffnet, Wenn die in Form von Wasser gespeicherte Energie benötigt wird, wird der Absperrschieber geöffnet, sodass das Wasser hinunter fließt und so die Turbine betreibt.sodass das Wasser hinunter fließt und so die Turbine betreibt.
Die kinetische Energie der Turbine wird durch den Generator wieder in Strom umgewandelt und in das Die kinetische Energie der Turbine wird durch den Generator wieder in Strom umgewandelt und in das Netz eingespeist. Netz eingespeist.
http://www.youtube.com/watch?v=SoFdg7WDOqAhttp://www.youtube.com/watch?v=SoFdg7WDOqA http://www.zukunft-der-energie.de/energieinkuerze/http://www.zukunft-der-energie.de/energieinkuerze/
kurzfilme_zu_energiethemen_vom_fraunhofer_iwes/kurzfilme_zu_energiethemen_vom_fraunhofer_iwes/pumpspeicherkraftwerke.htmlpumpspeicherkraftwerke.html
Turbine, Motor-Generator und Pumpe sind auf einer Welle montiert und bilden eine Enheit.Bei Strombedarf arbeitet der Motor-Generator als Generator und liefert durch die Turbine angetrieben elektrischen Strom.Bei Stromüberschuss arbeitet der Motor-Generator als Motor und betreibt die Pumpe, die das Wasser ins Oberbecken befördert.http://www.youtube.com/watch?v=GZfvb1QFf1M&NR=1
Maschine eines Pumpspeicherkraftwerks
Francis – TurbineFrancis – Turbine
Der Wirkungsgrad beträgt etwa 90 %Der Wirkungsgrad beträgt etwa 90 % Da das Wasser vor dem Eintritt in die Turbine unter höherem Druck steht Da das Wasser vor dem Eintritt in die Turbine unter höherem Druck steht
als nach dem Austritt spricht man auch von einer Überdruckturbine.als nach dem Austritt spricht man auch von einer Überdruckturbine. Sehr weit verbreitet und universell einsetzbar, da sie sowohl als Turbine Sehr weit verbreitet und universell einsetzbar, da sie sowohl als Turbine
als auch als Pumpe eingesetzt werden kann. Aus diesem Grund wird die als auch als Pumpe eingesetzt werden kann. Aus diesem Grund wird die Francis – Pumpe auch sehr häufig in Pumpspeicherkraftwerken Francis – Pumpe auch sehr häufig in Pumpspeicherkraftwerken eingesetzt. eingesetzt.
Wasser wird durch ein feststehendes Leitrad auf die gegenläufig Wasser wird durch ein feststehendes Leitrad auf die gegenläufig gekrümmten Schaufeln des Laufrades gelenkt.gekrümmten Schaufeln des Laufrades gelenkt.
http://www.youtube.com/watch?http://www.youtube.com/watch?v=XCfqlt7E98Av=XCfqlt7E98Ahttp://www.strom-online.ch/pumpspeicherwerk_interaktiv.html
EnergieumwandlungsprozesEnergieumwandlungsprozesse im Überblickse im Überblick
1.Elektrische Energie wird durch die Pumpe, 1.Elektrische Energie wird durch die Pumpe, die das Wasser in das obere Becken befördert, die das Wasser in das obere Becken befördert, in kinetische Energie umgewandelt.in kinetische Energie umgewandelt.
2.Durch das Speichern des Wassers wird aus 2.Durch das Speichern des Wassers wird aus der kinetischen Energie potentielle Energie.der kinetischen Energie potentielle Energie.
3.Beim Öffnen des Absperrventils wird die 3.Beim Öffnen des Absperrventils wird die potentielle Energie wieder in kinetische potentielle Energie wieder in kinetische Energie umgewandeltEnergie umgewandelt
4.Die Turbine nimmt die kinetisch Energie auf 4.Die Turbine nimmt die kinetisch Energie auf und wandelt sie wieder in elektrische Energie und wandelt sie wieder in elektrische Energie um damit sie wieder in das Netz eingespeist um damit sie wieder in das Netz eingespeist werden kann. werden kann.
Potenzielle EnergiePotenzielle EnergieDurch das Hochpumpen des Wassers wird die Energie in Form von potentieller Energie gespeichert. Diese lässt sich wie folgt berechnen:Wpot= Potentielle EnergieF= Kraft in Newtong= Erdanziehungm= Masse in kgh= Höhe in MeternWpot= F*h F= m*gDaraus folgt durch das Einsetzen von F folgende Formel: Wpot= m*g*h
Kinetische EnergieKinetische Energie Durch das Herablassen des Wassers wird die im oberen Durch das Herablassen des Wassers wird die im oberen
Becken gespeicherte potentielle Energie in kinetische Energie Becken gespeicherte potentielle Energie in kinetische Energie (Bewegungsenergie) umgewandelt.Diese lässt sich wie folgt (Bewegungsenergie) umgewandelt.Diese lässt sich wie folgt berechnen:berechnen:
Wkin= Kinetische EnergieWkin= Kinetische Energiev= Geschwindigkeitv= Geschwindigkeitt= Zeit in Sekundent= Zeit in Sekundeng= Erdanziehungg= Erdanziehungm= Masse in kgm= Masse in kgWkin= 0,5*m*(g*t)² Wkin= 0,5*m*(g*t)² v= g*t v= g*tDaraus folgt durch Einsetzen von v:Daraus folgt durch Einsetzen von v:Wkin= 0,5*m*v²Wkin= 0,5*m*v²Die potentielle Energie kann im Optimalfall komplett in Die potentielle Energie kann im Optimalfall komplett in
kinetische Energie umgewandelt werden, dass heißt also kinetische Energie umgewandelt werden, dass heißt also kinetische Energie = potentieller Energie. Da die Turbine die kinetische Energie = potentieller Energie. Da die Turbine die kinetische Energie jedoch nicht komplett in elektrische kinetische Energie jedoch nicht komplett in elektrische Energie umwandeln kann kommt es zu Verlusten.Energie umwandeln kann kommt es zu Verlusten.
ÖkonomieÖkonomie Der gespeicherte Strom wird in Spitzenzeiten des Stromverbrauchs Der gespeicherte Strom wird in Spitzenzeiten des Stromverbrauchs
verkauft um das Netz nicht kollabieren zu lassen, dem entsprechend verkauft um das Netz nicht kollabieren zu lassen, dem entsprechend teuer ist er auchteuer ist er auch
Zur Zeit kann kein anderes Speicherverfahren mit dem Zur Zeit kann kein anderes Speicherverfahren mit dem Pumpspeicherkraftwerk konkurrierenPumpspeicherkraftwerk konkurrieren
Andere Kraftwerksarten haben deutlich höhere Hoch bzw. Andere Kraftwerksarten haben deutlich höhere Hoch bzw. Herunterfahrzeiten, daher sind sie nicht sonderlich effizient. Herunterfahrzeiten, daher sind sie nicht sonderlich effizient. Gleichzeitig gibt es im Tages- und Wochenverlauf einen stark Gleichzeitig gibt es im Tages- und Wochenverlauf einen stark schwankenden Stromverbrauch (Spitzenlasten), weshalb schwankenden Stromverbrauch (Spitzenlasten), weshalb Pumpspeicherkraftwerke wirtschaftlich sinnvoll sind.Pumpspeicherkraftwerke wirtschaftlich sinnvoll sind.
Wirtschaftlich rentabel ist dieses Verfahren vor allen Dingen durch die Wirtschaftlich rentabel ist dieses Verfahren vor allen Dingen durch die so genannte Veredelung des Stroms. Dabei wird Überschussstrom, der so genannte Veredelung des Stroms. Dabei wird Überschussstrom, der meist in der Nacht produziert wird, billig eingekauft um damit die meist in der Nacht produziert wird, billig eingekauft um damit die Pumpen zu betreiben und das Wasser hoch zu pumpen. In den Pumpen zu betreiben und das Wasser hoch zu pumpen. In den Spitzenlastzeiten wird die potentielle Energie wieder in Strom Spitzenlastzeiten wird die potentielle Energie wieder in Strom umgewandelt, der dann deutlich teurer wieder verkauft werden kann. umgewandelt, der dann deutlich teurer wieder verkauft werden kann. So lässt sich trotz eines Wirkungsgrades von ca. 75% Gewinn erzielen.So lässt sich trotz eines Wirkungsgrades von ca. 75% Gewinn erzielen.
Sichert wirtschaftliche Risiken der thermischen Kraftwerke ab, da Sichert wirtschaftliche Risiken der thermischen Kraftwerke ab, da praktisch überflüssiger (Überschussstrom) Strom auch nachts ins Netz praktisch überflüssiger (Überschussstrom) Strom auch nachts ins Netz eingespeist werden kanneingespeist werden kann
Die Grafik zeigt, wann Strom im Verlauf eines Die Grafik zeigt, wann Strom im Verlauf eines Tages erzeugt bzw. verbraucht wird.Tages erzeugt bzw. verbraucht wird.
Grafik zu den Grafik zu den SpitzenlastenSpitzenlasten
Pumpspeicherkraftwerk Pumpspeicherkraftwerk Geesthacht als BeispielGeesthacht als Beispiel
Das Pumpspeicherkraftwerk in Geesthacht ist das größte in Das Pumpspeicherkraftwerk in Geesthacht ist das größte in Norddeutschland. Es ist im Jahre 1958 in Betrieb genommen Norddeutschland. Es ist im Jahre 1958 in Betrieb genommen und dient der Spitzenlastabdeckung. Das Oberbecken umfasst und dient der Spitzenlastabdeckung. Das Oberbecken umfasst eine Fläche von 500*600 Metern und einen Flächeninhalt von eine Fläche von 500*600 Metern und einen Flächeninhalt von 3.800.000 Kubikmetern von denen 3.300.000 effektiv nutzbar 3.800.000 Kubikmetern von denen 3.300.000 effektiv nutzbar sind. Die drei Pumpen haben insgesamt eine Leistung von etwa sind. Die drei Pumpen haben insgesamt eine Leistung von etwa 120 Mega-Watt. Die Elbe dient dem Pumpspeicherkraftwerk 120 Mega-Watt. Die Elbe dient dem Pumpspeicherkraftwerk als Unterbecken. Das Oberbecken kann einen Energieinhalt als Unterbecken. Das Oberbecken kann einen Energieinhalt von ca. 600 MWh speichern, was dem Verbrauch von 198 von ca. 600 MWh speichern, was dem Verbrauch von 198 Zwei-Personenhaushalten pro Jahr entspricht. Jedoch wird das Zwei-Personenhaushalten pro Jahr entspricht. Jedoch wird das Pumpspeicherwerk seit 2001 selten genutzt, da eine Pumpspeicherwerk seit 2001 selten genutzt, da eine eingeführte Oberflächenwassnutzungssteuer den Betrieb eingeführte Oberflächenwassnutzungssteuer den Betrieb unrentabel macht.unrentabel macht.
Volle Leistung erreicht das Kraftwerk bereits nach 70 Volle Leistung erreicht das Kraftwerk bereits nach 70 Sekunden und kann diese über einen Zeitraum von 5 Stunden Sekunden und kann diese über einen Zeitraum von 5 Stunden abgeben. Damit ist das Kraftwerk für die stabile abgeben. Damit ist das Kraftwerk für die stabile Stromversorgung Hamburgs wichtig.An das Stromversorgung Hamburgs wichtig.An das Pumpspeicherkraftwerk sind noch jeweils ein Wind- bzw. Pumpspeicherkraftwerk sind noch jeweils ein Wind- bzw. Solarkraftwerk angeschlossen um die Pumpen unterstützend Solarkraftwerk angeschlossen um die Pumpen unterstützend mit Strom zu versorgen. Das Kraftwerk wird mit Francis-mit Strom zu versorgen. Das Kraftwerk wird mit Francis-Turbinen betrieben. Turbinen betrieben.
Vorteile von Vorteile von PumpspeicherkraftwerkenPumpspeicherkraftwerken
Sehr flexibel, da die volle Leistung innerhalb von Minuten Sehr flexibel, da die volle Leistung innerhalb von Minuten abgerufen werden kannabgerufen werden kann
Für den Teillastbetrieb geeignet, da nicht viel Zeit zum Für den Teillastbetrieb geeignet, da nicht viel Zeit zum Hoch- bzw. Herunterfahren benötigt wird im Gegensatz zu Hoch- bzw. Herunterfahren benötigt wird im Gegensatz zu anderen Kraftwerksarten wie zB. Den anderen Kraftwerksarten wie zB. Den Laufwasserkraftwerken.Laufwasserkraftwerken.
Es wird keine elektrische Energie zum Hochfahren benötigt Es wird keine elektrische Energie zum Hochfahren benötigt (schwarzstartfähig), wie bei vielen anderen Kraftwerken, (schwarzstartfähig), wie bei vielen anderen Kraftwerken, die wiederum durch das Pumpspeicherkraftwerk die wiederum durch das Pumpspeicherkraftwerk fremdgestartet werden können.fremdgestartet werden können.
Energiegewinnung zu 100% aus einem regenerativen Energiegewinnung zu 100% aus einem regenerativen Energieträger (Wasser)Energieträger (Wasser)
Kann über mehrere Stunden volle Leistung abgeben und ist Kann über mehrere Stunden volle Leistung abgeben und ist daher eins der besten Speicherverfahrendaher eins der besten Speicherverfahren
Kann Schwankungen ausgleichen, denen beispielsweise die Kann Schwankungen ausgleichen, denen beispielsweise die Stromproduktion aus Wind- und Sonnenenergie unterliegen Stromproduktion aus Wind- und Sonnenenergie unterliegen und dadurch wirtschaftliche Risiken mindernund dadurch wirtschaftliche Risiken mindern
Nachteile von Nachteile von PumpspeicherkraftwerkenPumpspeicherkraftwerken
Verbrauchen mehr Strom als sie produzieren Verbrauchen mehr Strom als sie produzieren (Wirkungsgrad beträgt zwischen 75 und 85%), daher in (Wirkungsgrad beträgt zwischen 75 und 85%), daher in dem Sinn kein Kraftwerk sondern ein Energiespeicherdem Sinn kein Kraftwerk sondern ein Energiespeicher
Überschussstrom wird benötigt, damit sich trotz des Überschussstrom wird benötigt, damit sich trotz des Wirkungsgrades Gewinn erzielen lässt. Überschussstrom Wirkungsgrades Gewinn erzielen lässt. Überschussstrom wird vorwiegend aus Atom- oder Kohlekraftwerken wird vorwiegend aus Atom- oder Kohlekraftwerken bezogen, welche die Umwelt in erheblichem Maße bezogen, welche die Umwelt in erheblichem Maße schädigen.schädigen.
Oft sind extreme Eingriffe in die Natur notwendig um Oft sind extreme Eingriffe in die Natur notwendig um genügend Platz für die Anlage und die genügend Platz für die Anlage und die Wasserauffangbecken zu schaffenWasserauffangbecken zu schaffen
Stark begrenztes Einsatzgebiet, da ein Gefälle benötigt Stark begrenztes Einsatzgebiet, da ein Gefälle benötigt wirdwird
Bietet die Möglichkeit des „Grün-waschens“ von Bietet die Möglichkeit des „Grün-waschens“ von AtomstromAtomstrom
Zukunft der Zukunft der PumpenspeicherkraftwerkePumpenspeicherkraftwerke
Auch in Zukunft wird das Speichern von Energie eine große Auch in Zukunft wird das Speichern von Energie eine große Rolle spielen. Da gerade die Wind- und Solarenergie im Rolle spielen. Da gerade die Wind- und Solarenergie im Laufe des Tages starken Schwankungen unterliegt ist es Laufe des Tages starken Schwankungen unterliegt ist es hier notwendig die Energie zwischenzuspeichern um hier notwendig die Energie zwischenzuspeichern um Stabilität des Netzes zu gewährleisten. Stabilität des Netzes zu gewährleisten. Pumpspeicherkraftwerke weisen bislang den höchsten Pumpspeicherkraftwerke weisen bislang den höchsten Wirkungsgrad auf, weshalb sie auch in Zukunft eine Rolle Wirkungsgrad auf, weshalb sie auch in Zukunft eine Rolle spielen werden, so lange keine bessere Alternative zur spielen werden, so lange keine bessere Alternative zur Speicherung gefunden wird.Speicherung gefunden wird.
In Zukunft sind Projekte wie z.B. NorGer geplant, bei dem In Zukunft sind Projekte wie z.B. NorGer geplant, bei dem Überschussstrom aus Deutschland wegen den größeren Überschussstrom aus Deutschland wegen den größeren Kapazitäten nach Norwegen geliefert wird um dort Kapazitäten nach Norwegen geliefert wird um dort zwischengespeichert zu werden und bei Bedarf wieder nach zwischengespeichert zu werden und bei Bedarf wieder nach Deutschland importiert zu werden. Ähnliche Projekte sind Deutschland importiert zu werden. Ähnliche Projekte sind innerhalb Deutschlands geplant. Dabei soll Solar- und innerhalb Deutschlands geplant. Dabei soll Solar- und Windenergie aus dem Norden in den aufgrund der besseren Windenergie aus dem Norden in den aufgrund der besseren geographischen Vorraussetzungen geeigneteren Süden geographischen Vorraussetzungen geeigneteren Süden gespeichert werden.gespeichert werden.