Value ofPumpedStorage Hydropower

1W I S S E N T E C H N I K L E I D E N S C H A F T

www.tugraz.at

09.02.2016

Value of Pumped Storage Hydropower

Value of Pumped Storage Hydropower

Institute of Hydraulic Engineering and Water Resources

Wolfgang Richter - TU Graz G. Zenz - TU GrazK. Vereide - NTNU Trondheim

22 Älteste PSKW Eingeweiher in Schaffhausenseit 106 Jahren im Betrieb

09.02.2016Wolfgang Richter Value of Pumped Storage Hydropower

(Quelle:Von Wandervogel - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=12644156)

Leistung: 5 MWHöhe 144 m Speicher: 70 000 m³

3


4


5


6 Announced and contracted projects

Conclusion→ more small batteries then some large PSH but the main power is in PSH


77 Österreichische PSKW


88 Cost of Battery packs vs. spez. Kosten PSKW


Kostenvergleich Investionskosten : PSKW Limberg 2 und Limberg 3 ~ 850 Mio. €/ 79 GWh → 10,76 €/kWh Kopswerk II 360 Mio. € / 85 GWh → 4,23 €/kWhObervermuntwerk II 500 Mio. €/ 26 GWh → 19,23 €/kWh

Quelle: http://rameznaam.com/2015/04/14/energy-storage-about-to-get-big-and-cheap/

OVW 2 = 19,23 €/kWh

Lim2+3 = 10,76 €/kWh

Kopswerk 2= 4,23 €/kWh

99 Spezifische kosten elektr. Speicherung


Quelle: Vahrenholt_2012_Die Wettbewerbsfähigkeit erneuerbarer Energien, ET

1010 Trend Hochdruckanlagen – PSKW in Österreich


1111 Life cycle assessment – Power production


1212 Energiespeicher


Quelle: Sterner, Stadler, 2014 - bearbeitet

Österreichische Pumpspeicher (elektrisch)

Potential

1313 Nordsee Situation – PSKW - Kabel


Quelle: foroffshore.com

14 Vergleich Blåsjø 50 GW PSKW


15 Vergleich Blåsjø 10 GW PSKW


1616 Study of Blåsjø - PSH


Quelle: Mareano.no

17

0.0 m a.s.l.

1055 m a.s.l.

930 m a.s.l.

Power Cavern

Unlined Power shaft

Unlined Power tunnel

Head~ 1000 m

Salty seawater

Large freshwater reservoir

Freshwater tube filled Freshwater tube

empty

Study of invisible subsea arrangement and separation of lower reservoir rubber tubes

Study of subsea girder

Depth of Fjord~ 300 - 450 m

Studie Norwegen 50 GW PSKW,5000 m³/s – Fallhöhe


18

Head < 100 m

Lower reservoir as buried pipe system

Power house with pump and turbine

Upper reservoir as buried pipe system

Kleine PSKW im dezentralen Netz


1919 Lernkurve PSKW - Innovationen

• Maschinelle• Frequenzumrichter• Pumpturbinen• Volldynamische Auslegung

• Bautechnische• Komplexe Wasserschlösser (Bindeglied E-Technik, Bautechnik und

Maschinenbau)• Regelbarkeit, Drucksstoß,

• Druckluftwasserschlösser (PSKW Kops 2)


Flexibilisierung – hohe Zyklenstabilität

2020 Bestand KW mit Ausbau einer neuen Stufe


21 Surge developement at TU Graz

1D-Numerics

• Fast transient simulation• Surge tank size• Throttle concept• Water hammer reflection• Check of stability criterion

• Overall check• Transient behavior of total• Throttle proof• Additional measurements• Visualization

Fluid level SURGTW Schacht Krespa Discharge WEIR Einlauf OK Ü

Time (s)800780760740720700680660640620600580560540520500480460440420400380360340320300

Flui

d le

vel (

m)

2060

2055

2050

2045

2040

2035

2030

2025

2020

2015

2010

2005

2000

1995

1990

1985

1980

1975

Discharge (m

3/s)

100

80

60

40

20

-20

-40

-60

-80

-100

-120

-140

-160

-180

-200

• 3D-Flow evaluation• Variants investigation• Multiphase flow

simulations• Throttle investigations

→ 3D-Numerics → Physical model test

Time [s]

head

[m.a

.s.l.]

discharge[m

³/s]

waterfalldischarge


2222 Ausblick Lernkurve PSKW

• Dezentrale PSKW• Kleine PSKW – evtl. Mit Wärmespeicher

• Zentraler Einsatz• Kombinerte PSKW mit großen Wärmespeicher als

LangzeitspeicherIsoliert, teilisoliert, Kavernensysteme(geschlossener Wasserkreislauf)


2323 Vorteile PSKW

• CO2 schonende Speicherung (0,005 kg CO2 eq/kWh)• Günstigste Stromspeicherung < 10ct/KWh (auf 20 Jahre)


2424 References• Solvang et. al. “Norwegian Hydropower for large-scale energy balancing needs“ Sintef

Energy Research, TR A7227, 2014 • Killingtveit Presentation: “ Design of Future Pumped Storage Hydropower in Norway “

CEDREN, (Sintef, NTNU, NINA )• Vahrenholt “ Die Wettbewerbsfähigkeit erneuerbarer Energien “ ET 2012• Ingebretsen and Johansen, “ The Profitability of Pumped Hydro Storage in Norway “

Masterthesis, Norwegian School of Economics, Bergen 2014


25

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