Analyse der Strömungsprozesse in unterirdischen Tiefspeichern von Pumpspeicherwerken mit Telemac2D

Angesichts eines sich rasant verändernden Strommarktes mit vermehrter Einspeisung von erneuerbarer Energie, deren Erzeugungsleistung deutlichen Fluktuationen unterworfen ist, gewinnt die Möglichkeit der großmaßstäblichen Energiespeicherung zunehmend an Bedeutung. Unterirdische Pumpspeicherwerke könnten einen solchen Energiespeicher bereitstellen. Die Strömungsvorgänge in verzweigten Tiefspeichern dieser Bauwerke sind bislang noch nicht ausreichend erforscht. Im Folgenden werden Ergebnisse einer 2-D-tiefengemittelten numerischen Simulation zur Analyse der Strömungsprozesse bei Variation der geometrischen Eigenschaften des Unterbeckens dargestellt.

Nach den Zielvorgaben im Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) soll der Anteil der erneuerbaren Energien an der Bruttostromproduktion in Deutschland im Jahr 2025 bei 40 % bis 45 % und im Jahr 2050 bereits bei 80 % liegen. Da die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien, insbesondere aus Sonne und Wind, einen volatilen Charakter aufweist, stellt sich durch diesen schnellen Ausbau das Problem der Zwischenspeicherung des erzeugten Stroms. Das bestehende elektrische Netz ist auf eine bedarfsgerechte Bereitstellung des Stroms ausgelegt, bei der die produzierten Mengen von den Stromverbrauchern zeitgleich abgenommen werden. Kann das Gleichgewicht von Produktion und Verbrauch nicht aufrechterhalten werden, droht der Kollaps des Verteilungsnetzes, das folgerichtig mit fortschreitendem Ausbau der erneuerbaren Energien an die Grenzen seiner Leistungsfähigkeit stoßen wird.

Um die aus erneuerbaren Energien produzierten Strommengen bedarfsgerecht bereitzustellen, könnten diese in Pumpspeicherwerken (PSW) zwischengespeichert werden. Liegt ein Überschuss an Energie im Netz vor, wird Wasser mittels Pumpen von einem unteren Reservoir in ein höhergelegenes Reservoir befördert und die elektrische Energie so in Form von potentieller Energie gespeichert. Bei erhöhter Nachfrage kann das Wasser aus dem oberen Reservoir turbiniert und so die elektrische Energie teilweise zurückgewonnen werden. Für Anlagen in konventioneller Bauweise, bei der zwei Seen als Reservoire dienen, muss eine Topographie mit großen Höhenunterschieden vorhanden sein, um möglichst viel Energie bei möglichst geringer Wassermenge zu speichern.



Copyright: © Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Quelle: Wasserwirtschaft 02-03/2016 (März 2016)
Seiten: 6
Preis: € 10,90
Autor: Moritz Kreyenschulte
Dipl.-Wirtsch.-Ing. Elena Pummer
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Holger Schüttrumpf
 
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Tagungsband vom 12. Anwenderforum Kleinwasserkraftwerke 2009 / OTTI e.V.