F&A

Fragen zur Technik

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Kann sich der Felskolben verklemmen oder bei einer Unebenheit stecken bleiben?

Der Abstand des Kolbens von der Wand wird mit 2-3 Metern deutlich größer als die größten Ungenauigkeiten, die sich beim Bearbeiten der Wandflächen nicht vermeiden lassen.

Die Vorstellung, dass ein mehrere Millionen Tonnen schwerer Felskolben verkantet in einem großen Schacht liegt, ist sehr unangenehm. Aber dazu wird es nicht kommen können: Solange der Schwerpunkt der Felsmasse unterhalb der Dichtungslinie liegt, kann sich der Fels nicht verkannten. Dies hat einen einfachen physikalischen Grund, der aus dem Auftriebsprinzip bei Schiffen bekannt ist. Solange die Wasserlinie oberhalb des Schwerpunkts liegt, kentert ein Schiff nicht (Details: Wikipedia). Im Fall des Felskolbens kommt noch hinzu, dass der Fels in "sehr ruhigem" Wasser liegt und damit keine Kippmomente erfährt. Zudem wird der Kolben durch Rollen geführt werden.

Ist ein Fels dieser Größe in sich stabil? Können z.B. Klüfte zu Bruchstellen des Kolbens führen?

Dies ist eine zentrale Frage für die Machbarkeit des Projektes, mit der wir uns intensiv auseinandersetzen. Grundsätzlich wirken in jedem Gestein Spannungen und Zugkräfte, die sich mit einem Freilegen und dem Herausheben aus der natürlichen Umgebung verändern [Tarbuck2009]. Die Natur vermag Steilwände zu formen, die über 1000 m stabil sind. (Höchste Steilwand: Mount Thor 1250 m).  

Bei einer künstlichen Veränderung des Fels ist es daher notwendig, die Zugkräfte im Vorfeld zu untersuchen und abzuschätzen. Zur Berechnung des Verhaltens werden nummerische Modelle gerechnet, die die geologische Situation an dem jeweiligen potenziellen Standort berücksichtigt. Wir gehen davon aus, dass der Felskolben durch Anker gesichert wird, die eine Brüchigkeit vermeiden. Weiterhin werden sämtliche Flächen gegen Wasser abgedichtet.

Ein Fels dieser Größe ist mit Sicherheit von Klüften durchzogen. Diese können aber nicht auf natürlichem Wege aufgesprengen, da der Zylinder gegen Wasser abgedichtet ist. Sollten größere Hohlräume im Randbereich auftreten, können diese mit Beton unter Druck verfüllt werden, wie dies im Tunnelbau üblich ist.

Was passiert bei einem Erdbeben?

Bei Erdbeben wirken zwei Wellentypen: Scherwellen (S) und Druckwellen (P). Die Scherwellen lösen bei Gebäuden den größten Schaden aus, weil sich dabei der Boden horizontal bewegt und Gebäude aufgrund ihrer Trägheit einstürzen. Trifft eine solche S-Welle auf den Felskolben, der in Wasser schwimmt, wird er sich verhalten wie ein Baby im Mutterleib; er bewegt sich also mit der Umgebung, weil das Wasser den Druck als inkompressible Flüssigkeit perfekt überträgt. Allerdings muss man bei den Dimensionen die lokale Bewegung berücksichtigen, sodass es denkbar wäre, dass Berührungen zwischen Wand und Zylinder auftreten. Dies ist aber nicht sehr kritisch, da sich der Kolben extrem langsam bewegt. Eine exakte Abschätzung möglicher Wirkungen von Erdbeben, insbesondere bei realistischen Amplituden, müssen seismische Studien ergeben.

Was passiert bei Versagen der Dichtung?

Ein vollständiges Versagen der Dichtung ist sehr unwahrscheinlich (siehe Erläuterungen zur Dichtung). Kommt es zu undichten Stellen in der Dichtung, kann es Wasseraustritt in Form kleinerer Fontänen kommen. Bei größerem Versagen kommt es zu einem entsprechend größeren Austritt von nach oben schießendem Wasser. Der Fels setzt sich jedoch selbst bei einem Komplettversagen der Dichtung nur sehr langsam ab, bzw. würde im Fall einer Undichtigkeit sowieso die Entladung eingeleitet werden.

Fragen zur Wirtschaftlichkeit

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Was kostet der Speicher?

Die Kosten für den Lageenergiespeicher sind stark abhängig vom Standort und schwanken global von Region zu Region sehr. Die groben Kostenblöcke umfassen die Voruntersuchungen, die Planung, der Bau des Kolbens an sich, die Dichtung, die Maschinen (Turbinen, Pumpen etc.) und die Netzanbindung. Besondere Kostenfaktoren sind dabei die Rahmenbedingungen der Geologie, die Verfügbarkeit und Lagerung des benötigten Wassers, die Entfernung zum nächstgelegenen Netzanschluss und die aktuellen Rohstoffpreise. Die Investitionskosten für eine 8 GWh-Variante liegen bei rund 180€/kWh Kapazität - kein Großspeicher ist so günstig.

Je höher der Radius, desto wirtschaftlicher wird der Speicher, da die Speicherkapazität mit dem Radius in der vierten Potenz zunimmt. Erläuterungen zum Geschäftsmodell finden Sie hier.

Welche Erlöse lassen sich erwirtschaften?

Seine Erlöse erzielt der Lagenergiespeicher je nach Konstitution des jeweiligen Strommarktes des Landes, in dem der Speicher zum Einsatz kommt. Das grundsätzliche Geschäftsmodell eines netzgekoppelten Speichers besteht aus dem Aufladen bei niedrigen Strompreisen und Entladen bei einem höheren Strompreis als dem Einkaufspreis. Dieses Geschäftsmodell ist derzeit in der Krise, wie die wirtschaftlich schwierige Situation von Pumpspeicherkraftwerken zeigt. Hintergrund ist, dass sich Preisunterschiede an den Strommärkten seltener bzw. unregelmäßiger ausbilden und vor allem die preisliche „Mittagsspitze“ durch ein hohes Angebot an Strom schwindet.

Da ein kommerzieller Einsatz des Lageenergiespeichers noch viele Jahre in der Zukunft liegt, ist es grundsätzlich fraglich, inwieweit das derzeitige Design des Strommarktes und dessen Preisbildung noch relevant für die Erlöse des Lageenergiespeichers sein werden.

Bezogen auf den heutigen europäischen, bzw. deutschen Strommarkt könnte der Speicher sowohl im klassischen Spotmarkt betrieben werden, als auch zur Vermeidung von Netzentgelten und zur Frequenzhaltung im Stromnetz eingesetzt werden. Der Regelenergiemarkt steht ihm ebenso zur Verfügung wie auch ein eventueller zukünftiger Kapazitätsmarkt. Diese Flexibilität ist ein großer Vorteil des Speichers. Weitere Informationen hier.

Ist der Lageenergiespeicher vorteilhafter gegenüber normalen Pumpspeichern?

Ein Vergleich der beiden Konzepte ist insofern schwierig, da der Lageenergiespeicher ein Konzept im Entwicklungsstadium ist, während Pumpspeicher ausgereifte Technologie darstellt. Beide weisen einen vergleichbar hohen Wirkungsgrad von 80-85% auf. Jedoch kann der Lageenergiespeicher zukünftig entscheidende Vorteile gegenüber Pumpspeichern entwickeln: 

 

  • Energiedichte: Die Energiedichte von Gestein ist deutlich höher als die von Wasser.
  • Flächeneffizienz: Mit der höheren Energiedichte und dem Wegfall eines zweiten Beckens, ist der Lageenergiespeicher wesentlich flächeneffizienter als ein PSW vergleichbarer Größe.
  • Wasserbedarf: beträgt beim Lageenergiespeicher nur rund ein Viertel gegenüber einem vergleichbaren Pumpspeicherkraftwerk.

 

Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die Erfahrungen aus dem Bau und Betrieb von Pumpspeicherkraftwerken einen wertvollen Beitrag bei der Umsetzung des Lageenergiespeichers liefern können.

 

 

Sonstige Fragen

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Ist der Lageenergiespeicher bereits gebaut worden?

Bisher ist noch kein Lageenergiespeicher gebaut worden. Das Konzept wird erst seit 2010 entwickelt. Unser Ziel ist der Bau eines Prototypen bis ca. 2020. Derzeit erstellen die dafür notwendigen Machbarkeitsstudien und suchen international nach Standorten. 

Wie lange beträgt die Bauzeit?

Diese ist von der Größe und den lokalen Bedingungen abhängig. Wir gehen derzeit von mindestens 2 Jahren für die Planung und 5 Jahre für den Bau aus.

Welche Umweltauswirkungen hat der Bau?

Die offensichtlichste Umweltauswirkung ist das Heben und Senken des Felskolbens und dessen Sichtbarkeit in der Landschaft. Ein Kolben mit 250 Meter Durchmesser würde bei voller Aufladung knapp 60 Meter über der Geländeoberkante (GOK) herausragen. Das Heben und Senken vollzieht sich mit 1mm/Sekunde langsam und ist mit dem bloßen Auge kaum wahrnehmbar.

Die Beeinträchtigung des Landschaftsbildes kann z.B. dadurch minimiert werden, dass um den Kolben ein Erdwall von z.B. 20-30 Metern geschaffen wird, auf dem hohe Baumbestände gepflanzt werden, so dass nach einigen Jahren eine Teil des Kolbens hinter den Bäumen „verschwindet“.

Bei ausgefahrenem Kolben wird es zu Schattenwurf kommen. Ein Bau in der Nähe von Siedlungen, die vom Schattenwurf betroffen sein würden, ist unrealistisch.

Die Auswirkungen in der Bauphase sind stark standortabhängig. Wie bei größeren Bauwerken im Tiefbau kommt es während der Bauphase wahrscheinlich zu kurzfristigen Grundwasserabsenkungen. Während des Betriebes sind diese aber voraussichtlich nicht notwendig, da der Felskolben gegen Wasser abgedichtet werden wird.

Der Lärm wird während der Bauphase im für diese Projekte üblichen Umfang auftreten. Zudem ist beim Abtransport des Abraumes mit einem zeitweise starken LKW-Aufkommen zu rechnen.

Während des Betriebes ist nicht mit Schallemissionen zu rechnen, da die Pumpen und Turbinen unter Tage arbeiten werden.

Ist ein derartiger Speicher im dichtbesiedelten Deutschland vorstellbar?

Der Lageenergiespeicher wird voraussichtlich in dünn besiedelten und zudem infrastrukturell vorbelasteten Gebieten zum Einsatz kommen. Davon gibt es in Deutschland und anderen europäischen Ländern potenzielle Standorte. Das Konzept ist zwar in Deutschland erfunden und nimmt deutsche Qualität im Bergbau und Maschinenbau zum Maßstab; angewendet werden soll der Lageenergiespeicher jedoch weltweit, vorzugsweise in sonnenreichen Regionen wie USA, China, Indien und mittlerer Osten.