Status der Entwicklung des adiabaten Druckluftspeichers ADELE

Leopoldina-Symposium, 6. Februar 2014, Halle Innovative Kraftwerkstechnik, Forschung und Entwicklung, RWE Power AG

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ADELE – Das Konzept Reiner Stromspeicher – Minimierung der Verluste Laden Kompression mit Zwischenkühlung

Expansionsturbine

Pe

Wärmespeicher

l

Minimierung der Verlustwärme

Entladen Pel

Lufteinlass

Luftauslass

M

G

Kaverne

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ADELE – Das Konzept Zielgrößen und Standortpotentiale ADELE – Adiabate Druckluftspeicher für die Energieversorgung Zielgröße für kommerzielle Anlage:

Vorkommen von Salzlagerstätten Windgeschwindigkeit in 50 m Höhe Geschwindigkeit m/s



ca. 240 MW Kompressorleistung



ca. 260 MW Turbinenleistung



ca. 1 GWh Speicherkapazität (≙ 4 Turbinen-Volllaststunden)



keine CO2-Emission



Wirkungsgrad  70%



Spezifische Kosten wie Pumpspeicher

ADELE ist ein Tagesspeicher

Regionen mit geeigneten Salzlagerstätten

 Ausbaupotential für adiabate Druckluftspeicher in Deutschland ca. 30 GW  mit starker regionaler Korrelation zum Ausbau von Windenergieanlagen

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ADELE-ING – Ausgangskonzept ADELE Basis-Konzept: Hochtemperatur-RegeneratorWärmespeicher 6,5 h 240 MWel ND Kompressor

HD Kompressor

Zwischenkühler Intercooler

Temperatur 650°C Druck 65 bar 70%

4 h 260 MWel M/ G

HT - HD Wärme speicher

Kostenreduktionspotentiale: 1. Niedrigere Prozesstemperaturen (günstigere Materialien für Rohrleitungen, Armaturen und Turbomaschinen)

Turbine

Case 7

2. Innenisolierte Heißgasleitungen (günstigere Materialien für Rohrleitungen, robust gegen thermischen Stress) 3. Wärmespeicher in einem Sekundärkreislauf (Trennung des Problems „Druckspeicherung“ und „HT-Wärmespeicherung“)

Nachkühler Aft ercooler

Luftstrom 300 kg/s Kaverne

Konzept zu teuer

4. Wärmespeicherung (fest/flüssig) Schmelzsalz-, Thermoölspeicher 5. Mehrstufiges Konzept (zweimalige Wärmeentnahme auf niedrigem Temperaturniveau, günstigere Materialien, Standardkomponenten)

ND Wärmespeicher

NDKompressor

HDKompressor

M/G

Tank Thermoöl (heiß)

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HDTurbine

NDTurbine

Tank Thermoöl (kalt)

Aftercooler

Kaverne

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Das Entwicklungsprogramm ADELE

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ADELE-ING – acht Partner, sechs Arbeitspakete AP1 Koordination

AP2 Systemintegration AP6 Kaverne

AP5 Turbomaschinen

AP3 Gesamtplanung

AP4 Wärmespeicher

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ADELE-ING – Konzept-Review Technisch-wirtschaftlicher Vergleich von zehn alternativen Anlagenkonfigurationen: > Temperaturniveau: 550, 610, 650, ca. 300 °C > Innenisolierte Rohrleitung, Stahlrohrleitungen > Wärmespeicher mit Entkopplung Druck / hohe Temperatur > Wärmespeichermedium Schüttung, Öl, Salzschmelze

HochtemperaturRegeneratorWärmespeicher ND Kompressor

HD Kompressor

M/ G

HT-HD Wärmespeicher

Intercooler

Turbine

RegeneratorWärmespeicher im Sekundärkreislauf ND Kompressor

M/ G

HD Kompressor

Gas-Gas Wärmeübertrager Intercooler

Turbine

Schmelzsalz-/ ThermoölWärmespeicher ND Kompressor

Intercooler

HT-ND Wärmespeicher

HD Kompressor

M/ G

Mehrstufiger Prozess mit NiedrigtemperaturWärmespeicher ND Wärmespeicher

Turbine

Tank Salzschmelze (heiß)

Tank Salzschmelze (kalt)

Tank Thermoöl (heiß)

Tank Thermoöl (kalt)

NDKompressor

HDKompressor

M/G

HDTurbine

Tank Thermoöl (heiß)

NDTurbine

Tank Thermoöl (kalt)

Aftercooler

Aftercooler

Aftercooler

Kaverne

Kaverne

Aftercooler

Kaverne

Kaverne

Ziel: Identifikation und Bestätigung des endgültigen ADELE-ING-Designs RWE Power Aktiengesellschaft, Innovative Kraftwerkstechnik, Dr. Peter Moser 06.02.2014

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ADELE-ING – Konzept-Review Für alle Varianten wurden erarbeitet:

> > > >

Anlagenkonzept auf Basis gemeinschaftlich entwickelter Prozessfließbilder / R&I-Schemata Rohrleitungs- und Komponentendimensionierungen sowie Materialauswahl Aufstellungspläne, Flächenbedarfe und Rohrleitungslängen Wirtschaftliche Bewertung, Verfügbarkeits- und Risikoanalyse

Subsystem 1 Wärmeübertrager

Subsystem 2 Wärmespeicher

Anlagenebene

Sehr hoher Detaillierungsgrad und genaue Kostenschätzung RWE Power Aktiengesellschaft, Innovative Kraftwerkstechnik, Dr. Peter Moser 06.02.2014

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ADELE-ING – Konzept-Review Kostenreduzierung durch Druckabsenkung Auslegung Konzept

65 bar

Validierung im Großversuch

WärmespeicherDesign ca. 24 m

ca. 50 m D

15 bar D

Kostenreduktion wichtigstes Entwicklungsziel  Kostenreduktionspotential durch Druckabsenkung  Senkung technisches Risiko durch Absenkung T und p

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ADELE-ING: Erste Konzeptvorauswahl Mitte 2013 Wärmespeicher (WS) mit Flüssig- und Feststoff-Inventar Schmelzsalz – Thermoöl WS ND Kompressor

Intercooler

HD Kompressor

M/ G

Niedertemperatur, mehrstufig WS

Turbine

Tank Salzschmelze (heiß)

Tank Salzschmelze (kalt)

Tank Thermoöl (heiß)

Tank Thermoöl (kalt)

ND Wärmespeicher

NDKompressor

HDKompressor

M/G

HDTurbine

NDTurbine

Aftercooler

Kaverne

Tank Thermoöl (heiß)

Niederdruck Feststoff WS

Tank Thermoöl (kalt)

Hochdruck WS: Aftercooler

Kaverne

(flüssig)

(fest)

Die drei Vorzugsvarianten verhalten sich technisch und ökonomisch sehr ähnlich und wurden mit hoher Detailschärfe weiterentwickelt. RWE Power Aktiengesellschaft, Innovative Kraftwerkstechnik, Dr. Peter Moser 06.02.2014

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ADELE-ING: Investitionskosten & Wirkungsgrade Kostenschätzung 1. Auswahlrunde [M€] 65,8%

65,8%

64,8%

66,8%

62,8%

62,2%

65,5%

65,1%

69,0%

67,9% Wirkungsgrad

Ergebnisse der ersten Auswahlrunde: Drei bevorzugte Konzepte ausgewählt für weitere Untersuchungen

Finale Kostenschätzung Meilenstein 1 [M€] 66,2%

66,8%

67,9%

Wirkungsgrad

Optimierung der drei Konzepte in zweiter Jahreshälfte 2013:

- weitere Kostenreduktion erreicht - Kosten wurden weiter detailliert

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Fazit 1 - Technische Entwicklung von ADELE

> Technische Ziele der Phase 1 von ADELE-ING wurden erreicht:  Aus insgesamt zehn technischen Verfahrensvarianten wurden drei favorisierte Anlagenkonzepte ausgewählt.  Die technische Machbarkeit wurde bestätigt und eine Vielzahl von potentiellen Standorten in Deutschland identifiziert.  Investitionskosten < 1.300 €/kWel  Wirkungsgrad 66% bis 68%. > Adiabate Druckluftspeicher stellen eine Alternative zu Pumpspeichern dar.

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Wirtschaftlichkeitsvergleich der drei besten ADELE-Konzepte: Basis: Historische Strompreisreihen (2008, 2011, 2012) –

Interner Zinsfuß (nach Steuern)

+ 2.7%

Case 7

-2.9% -1.0% 2.9%

Case 9

2008 2011 2012

-2.5% -0.8%

3.1% Case 10

-2.1% -0.5%

real konstante Fortschreibung der maximal möglichen Deckungsbeiträge aus den Jahren 2008, 2011 und 2012 über die Lebensdauer

Methodik  Deckungsbeiträge auf Basis stundenscharfer Strompreiskurven (historische EEX Spotmarktpreise)  Nur Erlöse am Wholesale-Markt angenommen. Potentielle Regelenergie-Erlöse nachrangig: Schrumpfendes Marktvolumen, sinkende Preise und ungewisse Marktregularien.  IBN 2020, Lebensdauer 40a

Renditeanforderungen werden nicht erfüllt RWE Power Aktiengesellschaft, Innovative Kraftwerkstechnik, Dr. Peter Moser 06.02.2014

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ADELE-ING - Wirtschaftlichkeit Verfall der Preis-Spreads trifft nicht nur alle Speicher… AugustAusblick 2013

- Wirtschaftlichkeit

Historische Spreads: Ø6h €/MWh niedrigste pro Tag

Ø4h höchste pro Tag

2007

19,76

61,09

2008

39,20

93,12

2009

21,44

55,73

2010

30,29

58,06

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ADELE-ING - Wirtschaftlichkeit …sondern auch Konkurrenztechnologien Einsatz von Spitzenkraftanlagen: 400 MW GuD-Kraftwerk in den Jahren 2009 und 2011 Anlagenbetrieb Juni/Juli 2009

Anlagenbetrieb Juni/Juli 2011

Konsequenz mittelfristig: Stilllegungen oder Rückbau RWE Power Aktiengesellschaft, Innovative Kraftwerkstechnik, Dr. Peter Moser 06.02.2014

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Fazit 2 - Wirtschaftlichkeit von ADELE und anderen Stromspeichern derzeit nicht gegeben > Die Wirtschaftlichkeit ist unter gegebenen Marktbedingungen nicht erreichbar und die zukünftige Entwicklung unsicher. Dies gilt nicht nur für den adiabaten Druckluftspeicher, sondern allgemein für (nicht subventionierte) Stromspeicher.

> Bei dem sehr hohen Investitionsvolumen sind die Risiken für die Realisierung einer „first-of-its-kind“-Demonstrationsanlage beim derzeitigen Strompreisniveau zu hoch. > Die Ausrichtung der Technologieentwicklung im Rahmen von ADELE-ING ist entsprechend mit dem Ziel neu zu justieren, die zukünftige Einnahmesituation zu untersuchen und weiter zu optimieren.

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