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Integration einer Stromerzeugung aus Windenergie und Speichersystemen unter besonderer Berücksichtigung von Druckluft-Speicherkraftwerken
(2008) Kruck, Christoph; Voß, Alfred (Prof. Dr.-Ing,)
Die Stromerzeugung aus Windenergie hat in den vergangenen Jahren, insbesondere unterstützt durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), stark zugenommen und belief sich im Jahr 2006 auf einen Anteil von rund 4,8 % an der Bruttostromerzeugung. Aufgrund des fluktuierenden Charakters der Windstromerzeugung ist die Integration und Einspeisung dieses Anteils in das Netz der öffentlichen Versorgung bereits heute mit teilweise erheblichen Problemen verbunden. Diese werden sich in Zukunft weiter verstärken, wenn der geplante Einstieg in die Offshore-Windenergienutzung wie geplant stattfindet und in den kommenden Jahren einige GW Leistung Offshore installiert werden. Grundsätzlich bieten sich zwei Lösungsansätze für die angesprochene Problematik an, die sich gegenseitig ergänzen: Zum einen können durch exaktere Prognoseverfahren die zu erwartenden Windstrommengen besser vorhergesagt und damit zugleich die Fahrpläne der konventionellen (Schatten-)Kraftwerke genauer erstellt werden. Der Bedarf an Ausgleichsenergie wird durch dieses Verfahren minimiert. Im Fall von Windflauten muss jedoch die gesamte nachgefragte Leistung durch konventionelle Kraftwerke bereitgestellt werden. Zum anderen kann durch den Einsatz von Speicherkraftwerken eine zeitliche Entkopplung von Energieangebot und –bedarf realisiert werden, indem in Zeiten hohen Windenergieangebots ein Teil des Windstroms zwischengespeichert wird und umgekehrt in Windflauten das Speicherkraftwerk die Strombereitstellung übernimmt. Mit Hilfe dieses Verfahrens erfolgt dementsprechend eine Anpassung des Angebots an die Nachfrage. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf den zweiten Ansatz und entwickelt ein Simulationsmodell, mit dessen Hilfe ein Windpark-Speicher-System abgebildet und eine Vergleichmäßigung des Windstroms durch Integration verschiedener Speichertechnologen (diabates/adiabates Druckluft-Speicherkraftwerk, Pumpspeicherkraftwerk) simuliert wird. Ziel der Vergleichmäßigung ist die kontinuierliche Bereitstellung einer garantierten Leistung. Die verbleibenden Fluktuationen werden durch einen Abgleich mit der Nachfrageseite in Form der Netzlast berücksichtigt. Für unterschiedliche Systemvarianten werden sowohl die Stromgestehungskosten als auch die spezifischen CO2-Emissionen berechnet, um auf dieser Basis einen Vergleich der einzelnen Systeme zu ermöglichen. Grundlegende Parameter wie beispielsweise die energetische Speicherkapazität, die spezifischen Investitionskosten der Windenergieanlagen und des Speicherkraftwerks oder auch die Bezugskosten für Ausgleichsenergie werden anschließend in Form von Sensitivitätsanalysen und Parametervariation detailliert untersucht. Auf diese Weise können die unter konstant gesetzten Parametern gewonnenen Ergebnisse bestätigt bzw. kritisch hinterfragt werden, wobei insbesondere der Einfluss der verschiedenen Eingangsgrößen auf die Stromgestehungskosten im Detail analysiert wird. In der Folge werden vielversprechende Systemkonfigurationen unter dem Zielkriterium möglichst geringer Stromgestehungskosten identifiziert. Zudem wird geprüft, welche Anforderungen an die Kostenentwicklung speziell von Druckluft-Speicherkraftwerken zu stellen sind, um mit einem konventionellen Vergleichssystem konkurrenzfähig zu werden.