Eine vom Umweltministerium in Auftrag gegebene Studie belegt, dass Österreich bis 2050 energieautark sein könnte. Eine stabile Energieversorgung ist hierbei eine Grundvoraussetzung. Da die Einspeisung von erneuerbaren Energien stark von meteorologischen Schwankungen abhängt und nicht immer die benötigte Leistung zur Verfügung steht, wächst der Bedarf an Energiespeichern. In Österreich wird die überschüssige Energie hauptsächlich in Pumpspeicherkraftwerken gespeichert. Da aber der Bau solcher Kraftwerke einen markanten Eingriff in die Natur darstellt, sind Experten der Meinung, dass der Neubau nicht weiter verfolgt wird, sondern die bestehenden Anlagen modernisiert werden sollten.
Ein anderer Ansatz um Energie zu speichern sind Druckluftspeicher-Kraftwerke (Compressed Air Energy Storage – CAES). Basierend auf einem Gasturbinenprozess, können z.B. leergeförderte Erdgasfelder oder stillgelegte Salzbergwerke wieder von Nutzen sein, um Energie in Form von Druckluft zu speichern.
Ziel der Arbeit war es, anhand eines Berechnungsmodells und entsprechender Software die theoretischen Randbedingungen und Prozessabläufe für österreichische Bedürfnisse zu erarbeiten, und mit den beiden bestehenden CAES-Anlagen (Huntdorf und McIntosh) zu vergleichen.
Als erster Schritt wurde eine Literaturrecherche durchgeführt um einen Überblick über die Komplexität solcher Anlagen zu erhalten. Da nur sehr wenige Prozessdaten der beiden bestehenden Anlagen veröffentlicht wurden, musste ein Berechnungsmodell erarbeitet werden, welches sämtliche Zustandsänderungen erfasst.
Als weiterer Schritt wurde eine Analyse der veröffentlichten Daten der Austrian Power Grid (APG) durchgeführt, um die Lastbereiche abstecken zu können. Aus diesen Daten konnten zwei Lastspitzen definiert werden. Diese beiden Lastspitzen wurden in weiterer Folge als Berechnungsgrundlage herangezogen um die Speichergröße sowie den Entlade- und Beladevorgang zu errechnen.
Der Entladevorgang wurde einerseits mit variablem Druckniveau und zum anderen, nach dem Stand der Technik, mit konstantem Druckniveau durchgerechnet.
Der Beladevorgang wurde durch einen 3–stufigen Verdichter realisiert, da eine Verdichtung von Umgebungsdruck auf Speicherdruck mit nur einer Stufe energetisch nicht sinnvoll ist.
Abschließend wurde eine Analyse des Wirkungsgrades durchgeführt. Im Zuge dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass eine CAES-Anlage energetisch durchaus sinnvoll ist.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 1.1 Motivation
- 1.2 Zielsetzung
- 2 Energiespeicherung
- 2.1 Mechanische Speicher
- 2.1.1 Pumpspeicherkraftwerke
- 2.1.2 Schwungrad
- 2.1.3 Stationäre Speicher für fossile Energieträger
- 2.1 Mechanische Speicher
- 3 Druckluftspeicher
- 3.1 Beschreibung des Technologiefeldes
- 3.2 Kaverne im Salzgebirge
- 3.2.1 Geologische Voraussetzungen
- 3.2.2 Kaverne zur Druckluftspeicherung
- 3.3 Solung und Komplettierung
- 3.4 Konzept der Druckluftspeicherung
- 4 Stand der Technik
- 5 Energetische Analyse Druckluftspeicher
- 5.1 Auslegungsparameter
- 5.1.1 Randbedingungen
- 5.1.1 Speichergröße
- 5.2 Speicherentladung mit variablem Druckniveau
- 5.3.1 Allgemeines Anlagenschema
- 5.3.2 Berechnungsmodell
- 5.3.3 Zusammenfassung der Berechnungsergebnisse
- 5.4 Speicherentladung mit konstanten Druckniveau
- 5.4.1 Allgemeines Anlagenschema
- 5.4.2 Zusammenfassung der Berechnungsergebnisse
- 5.5 Zusammenfassung der Betriebsarten mit und ohne Drossel
- 5.6 Speicherladevorgang
- 5.6.1 Allgemeines Anlagenschema
- 5.6.2 Betrieb mittels Windenergie
- 5.6.3 Berechnungsmodell
- 5.6.4 Randbedingungen
- 5.6.5 Zusammenfassung der Berechnungsergebnisse
- 5.7 Wirkungsgrad
- 5.7.1 Wirkungsgradanalyse mit 1-stufigem Verdichter
- 5.7.2 Wirkungsgradanalyse mit 3-stufigem Verdichter
- 5.1 Auslegungsparameter
- 6 Ergebnisse und Schlussfolgerungen
- 6.1 Randbedingungen
- 6.2 Speichergröße
- 6.3 Speicherentladung mit variablem Druckniveau
- 6.4 Speicherentladung mit konstanten Druckniveau
- 6.5 Speicherladung
- 6.6 Wirkungsgradanalyse
- 6.6.1 Wirkungsgradanalyse mit 1-stufigem Verdichter
- 6.6.2 Wirkungsgradanalyse mit 3-stufigem Verdichter
- 8 Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Ziel dieser Arbeit ist die energetische Analyse von Druckluftspeichern zur Energiespeicherung, insbesondere im österreichischen Kontext. Es soll ein Berechnungsmodell entwickelt und angewendet werden, um die theoretischen Randbedingungen und Prozessabläufe zu ermitteln und mit bestehenden Anlagen zu vergleichen.
- Energetische Bewertung von Druckluftspeichern
- Entwicklung eines Berechnungsmodells für Druckluftspeicher
- Vergleich mit bestehenden Anlagen (Huntdorf und McIntosh)
- Analyse von Entlade- und Beladevorgängen
- Wirkungsgradbestimmung
Zusammenfassung der Kapitel
Die Einleitung beschreibt die Motivation und Zielsetzung der Arbeit. Kapitel 2 gibt einen Überblick über Energiespeichertechnologien, Kapitel 3 fokussiert sich auf Druckluftspeicher und deren Technologie. Kapitel 4 beleuchtet den Stand der Technik. Kapitel 5 präsentiert die energetische Analyse, einschließlich der Auslegungsparameter, der Modellierung von Entlade- und Beladevorgängen unter verschiedenen Bedingungen (variabler und konstanter Druck) und der Wirkungsgradanalyse. Die Kapitel behandeln die Berechnungsmethoden und Ergebnisse detailliert, ohne jedoch die Schlussfolgerungen vorwegzunehmen.
Schlüsselwörter
Druckluftspeicher, Energiespeicherung, erneuerbare Energien, Energieautarkie, Berechnungsmodell, Wirkungsgrad, CAES (Compressed Air Energy Storage), Pumpspeicherkraftwerke, Österreich.
- Arbeit zitieren
- Mario Kleinschuster (Autor:in), 2011, Energiespeicherung am Beispiel eines Druckluftspeichers, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/181637
