PSW Offshore

Veranlassung

Weitergehend als die EU Vorgaben zur Förderung von regenerativer Energieerzeugung, mit dem Ziel, lokale und CO2 reduzierende Energien zu präferieren, vollzieht Deutschland durch den im Rahmen der Energiewende beschlossenen Atomausstieg und das Energiekonzept der Bundesregierung vom Herbst 2010 einen kompletten Energiewandel. Die dabei vorrangig zum Zuge kommende regenerative Energie umfasst zwei Schlüsselelemente an Herausforderungen:

• die Energieerzeugung und
• deren Versorgungssicherheit.

Die regenerative Energieerzeugung hat in Deutschland schon jetzt guten Erfolg vorzuweisen. Bei der Stromerzeugung können in Peakzeiten der Wind- und Solarerzeugung bereits heute schon etwa 60% des gesamten Strombedarfs in Deutschland abgedeckt werden (dena Studie). Die regenerative Stromabnahmeverpflichtung führt bei Einhaltung der off-shore- und on-shore- Windausbaupläne dazu, dass immer weniger Braun- und Steinkohle sowie Gas betriebene Kraftwerke benötigt werden, so dass diese zunehmend aus Rentabilitätsgründen in wirtschaftliche Probleme geraten und oft nur noch zur Absicherung der regenerativen Erzeugung dienen. Die Herausforderung der regenerativen Energie liegt daher in naher Zukunft vor allem in der Gewährleistung von Versorgungssicherheit. Wind ist grundsätzlich ein volatiler Energieträger, statistisch über das Jahr verteilt ausreichend vorhanden, aber die besondere Aufgabe liegt darin, den regenerativ erzeugten Strom möglichst dem örtlichen und zeitlichen Bedarf anzupassen. Wie in vielen anderen Industrieländern auch ist der Bedarf schwerpunktmäßig weit entfernt von der Winderzeugung im großen Stil, nämlich in Deutschland an der Nord und Ostseeküste. Gesucht sind daher adäquate Stromspeicher- und Transportmedien.

Herausforderung der regenerativen Stromspeicherung

Die maßgeblichen Aufgaben zum Transport (im Norden Windproduktion – im Süden der Strombedarf der dortigen Industrie) und der Speicherung der im Norden gewonnen regenerativen Windenergie bergen große Probleme, die bis dato noch nicht gelöst sind. Die deutsche Netzagentur (dena) hat mit ihrer zweiten Netzstudie und dem neuerlichen „Bericht zum Zustand der leitungsgebundenen Energieversorgung“ darauf hingewiesen, dass die diskontinuierliche Energieeinspeisung von Windstrom die Stabilität des vorhandenen Stromnetzes nachhaltig gefährdet. Daher gibt es grundsätzlich lediglich zwei Ansatzpunkte:

1. Massiver Ausbau der Stromnetze in Nord-Südrichtung
2. Bau von Stromspeichern am Ort der volatilen Erzeugung

Beide Ansatzpunkte ergänzen und optimieren sich grundsätzlich. Wenn der Windstrom im Norden zu den Zeiten einer Bedarfssenke gespeichert und zu Zeiten eines Bedarfshochs freigegeben wird, dann wird das Übertragungsnetz entlastet und dessen geplanter Ausbau kann sogar entsprechend reduziert werden. Verzichtet man auf den Bau von Stromspeichern und setzt die regenerative Stromabnahmeverpflichtung fort,
dann wird der geplante Ausbau der Stromnetze (mehr als Euro 20 Milliarden) in voller Höhe bis 2025 von Nöten sein und erzeugt sogar Überkapazitäten im Übertragungsnetz (Differenz zwischen peak und off-peak). Die Hauptschwierigkeit jedoch wird der schleppende Genehmigungsprozess und politischer Widerstand quer durch Deutschland entlang der Trassen sein. Wenn der Übertragungsnetzausbau mit dem Zubau von regenerativer Stromproduktion im Norden nicht mithält, dann droht deren Zusammenbruch.

Lösungsszenario

Die Investition von etwa Euro 2 Milliarden in ein Kavernenspeichersystem mit Pumpturbinen zur Entleerung und Befüllung unterirdischen Stollen an der Küste würde mindestens ¼ der geplanten 20 Milliarden Investition in den Ausbau des Übertragungsnetzes sparen. Es wird davon ausgegangen, dass mindestens 1 der zusätzlichen innerdeutschen Trassen eingespart und eine weitere in deren Ausbau deutlich reduziert werden kann. Derzeit sind 3800 Kilometer neue Stromtrassen geplant. Dazu sollen 4400 Kilometern von bereits bestehenden Stromtrassen ausgebaut werden. Maßgeblich sind nach dem Netzentwicklungsplan 2012 (NEP) 4 Korridore (A bis D) vorgesehen. Der am stärksten Ausgebaute ist der Korridor C. Dieser beginnt in Brunsbüttel (deutsche Bucht) und führt mit einer HGÜ-Trasse bis nach Bayern. Mit dieser HGÜ-Leitung sollen die Offshore – Windparks mit den Verbrauchern und Speichern im süddeutschen Raum verbunden werden. In den 3 Szenarien des NEP werden Übertragungsleistungen von 4 bis 8 GW für diesen Korridor ausgewiesen. Ein
Kavernenspeichersystem kann 2 GW über 6h oder 0,5 GW über 24h aus dem Netz nehmen und auch wieder einspeisen. Daher kann davon ausgegangen werden, das eine der 2 GW HGÜ – Leitungen entfallen und die Übertragungsleistung im Korridor C auf 4 GW reduziert werden kann. Die dena-Netzstudie II stützt diese Sichtweise und weist hierzu folgendes aus:

Die Regelzone 22 ist der Bereich der Nordseeküste. Dort wurde z.B. im 50 % Speicherfall eine Speicherkapazität von 2.6GW mit einer Energiemenge von 12 GWh ausgewiesen. Beides würde ein Kavernenspeichersystem abdecken. Würde man 100% der nicht übertragbaren Leistungen mit Kavernenspeichersystemen abdecken (kein Netzausbau) würden die in der Tabelle 23-9 dargestellten Kapazitäten benötigt:

Mit anderen Worten, mit einem Pumpspeicherwerk mit einer Kapazität von 2 GW könnte deutlich mehr als 25% des Ausbaubedarfes abgefangen werden. Das aktuell vom Verfasser entwickelte Konzept sieht den Bau von Speicherkavernen 400-600 m unter dem Meeresspiegel vor, ausgerüstet mit Pumpturbinen. Meerwasser, das in beliebiger Menge vorhanden ist, wird umweltschonend über einen Schacht eingeleitet, treibt Turbinen an, die den Strom bei Bedarf dann abgeben. Windenergie, die während einer Bedarfssenke produziert wird, wird genutzt, um die Kaverne zu entleeren, damit zur Zeiten eines Bedarfshochs wieder spontan Strom erzeugt werden kann. Durch einen geeigneten Anschlusspunkt des Pumpspeicherwerks an das Übertragungsnetzes direkt hinter dem Anschluss der off-shore Windparks wird ein Ausgleichs- bzw. Glättungsmechanismus für on-shore und off-shore Windstromerzeugung geschaffen. Dadurch wird der Speicher ausschließlich mit regenerativer Energie betrieben, d.h. mit Windenergie leergepumpt und wieder gefüllt. Die bisherigen Untersuchungen haben schon heute drei mögliche Standorte in Nord- und Ostsee ergeben:

In Frage kommen folgende Standorte:

• Oberflächlich anstehende Felshorizonte im Meer oder Küstennähe
• Verfügbarkeit von Offshore Windparks und Trassenschwerpunkte

Motivation

Wir sehen als Projektentwickler in unserem beschriebenen Konzept einen systemischen Ansatz, der regenerative Energieerzeugung und regenerative Energiespeicherung integral zu einem System zusammenfasst und regenerativen Strom über ganz Deutschland effizient und effektiv zur Verfügung stellt.

Gespräche mit Energieproduzenten zeigen deutlich die Nutzbarkeit eines Kavernenstromspeichersystems, aber durch die garantierte Vergütung der Windstromerzeugung fließen deren Investitionen überwiegend in Windparks (on- wie off-shore). Die Übertragungsnetzbetreiber sehen unseren Systemansatz als geeignet an, einen Ausgleich im Übertragungsnetz zu schaffen und das auf rein regenerativer Basis. Jedoch sind ihnen die Hände gebunden, da sie derzeit, seitens der Regulierung, weder solche System betreiben, noch in diese investieren dürfen.

Dabei sehen diese den Bedarf und einfachere Implementierbarkeit im Vergleich zu dem Stromtrassenausbau. Im Ergebnis könnte solch ein System die mittleren der 4 geplanten Trassen signifikant entlasten.

Kategorisiert man solche Kavernensysteme als Ausgleichsspeicher (mit Netzlastglättungsfunktion) anstatt als Kraftwerk, dann könnte eine geringe Änderung der derzeitigen Regulierung solche Systeme in den Funktionsbereich der Übertragungsnetzbetreiber integrieren. Das würde auch deren Investitionsmittel mit der üblichen Verzinsung erschließen. Ziel ist es folgende zwei systemische Ansätze in das Konzept der Energiewende implementieren:

• Ein solches Kavernenspeichersystem sollte als reines Übertragungsnetzausgleichswerkzeug kategorisiert werden und
• die Speicherung von regenerativem Strom sollte ähnlich vergütet werden, wie dessen Erzeugung.

Dann würden Investitionen in den Übertragungsnetzausbau signifikant reduziert, durch die Stromglättung Netzüberkapazitäten minimiert und die Implementierung des notwendigen Netzausbaus vereinfacht werden können.