anforderungen an den betrieb von pumpspeicherwerken

ANFORDERUNGEN AN DEN BETRIEB
VON PUMPSPEICHERWERKEN
Pumpspeicherwerke in NRW. Perspektiven für die Region?
28. Januar 2014, Essen
Kathrin Schmelter
RWE Power Aktiengesellschaft
Sparte Wasserkraftwerke
Maschinen- & Elektrotechnik
RWE Power | Kathrin Schmelter | 28.01.2014
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Pumpspeicherkraftwerke im Portfolio der RWE Power
2.300 MW* hochflexible Leistung für die Energiewende
Pumpspeicherkraftwerk Herdecke, RWE Power AG
153 MW Pumpspeicherkraftwerk
− erste Inbetriebnahme: 1930
− Neubau „Maschine 5“: 1989
− 2013 Leistung erhöht und umfangreich
fit gemacht für die Zukunft
Herdecke
Pumpspeicherkraftwerke Schluchseewerk AG1)
1.862 MW Pumpspeicherkraftwerke
(50% Turbinenleistung für RWE verfügbar)
− 5 Kraftwerke, 20 Maschinensätze
Vianden
− Anlagenerweiterungen in Prüfung
1) 50,0% RWE Beteiligung
Pumpspeicherkraftwerk Vianden, SEO S.A. (Luxemburg)2)
1.096 MW Pumpspeicherkraftwerk
Schluchseewerk
(100% Turbinenleistung für RWE verfügbar)
− 200 MW Zubau (M11) kurz vor IBN
− Speicherinhalt auf 5,0 GWh erweitert
2) 40,3% RWE Beteiligung
* gerundet, einschließlich vertraglich gesicherter Leistung aus Beteiligungen
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Übersicht
Aufgaben eines PSW
Anforderungsprofil eines PSW
Betrieb eines PSW
Fazit & Ausblick
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Wer stellt Anforderungen an den Betrieb eines
Pumpspeicherkraftwerks?
„Wozu dreht die Maschine überhaupt?“
Technik
Aufgaben eines Pumpspeicherkraftwerks
Energiewirtschaft
Anforderung: „Eigenschaft / Fähigkeit, die zur Bewältigung bestimmter Aufgaben vorhanden sein muss“
Erforderliche Fähigkeiten und
Eigenschaften
„Was ist notwendig, damit die Maschine
drehen kann?“
Rechtliche Anforderungen
Anforderungen an den Betrieb
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Wozu braucht man ein PSW?
Sichtweise eines Speicherbetreibers
Markt
Whole-Sale-Markt
Regelenergiemarkt
(Sekundärregelleistung)
Reservemarkt,
Flexibilitätsmarkt
Anforderungen
•
•
•
•
•
•
Marktentwicklung
Hoher Wirkungsgrad
Ausreichende Speicherkapazität
Gutes Teillastverhalten
Mehrere Pumpzyklen pro Tag
Kurze Revisionszeiten
Lange Instandhaltungszyklen
Whole-Sale-Markt
• Präqualifikation zur SRL-Erbringung
• Hohe Laständerungsgeschwindigkeiten
• Viele Betriebswechsel in kurzem
Zeitraum
• Schnelles Umschalten von Erzeugung
zu Verbrauch, kurze Startzeiten
• Hohe Anlagenverfügbarkeit
• u.a. abhängig vom Kraftwerkspark:
Bedarf an Ausfallreserve und
Flexibilität
Einspeisung Soll
100%
Flexibilitätsprodukt
50%
?
Windeinspeisung I st
0%
1
97
193
289
385
481
577
Neue PSW scheinen im aktuellen und mittelfristig prognostizierbaren Marktumfeld nicht
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wirtschaftlich zu sein. Langfristige Entwicklung?
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Übersicht
Aufgaben eines PSW
Anforderungsprofil eines PSW
Betrieb eines PSW
Fazit & Ausblick
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Anforderungen an das
Anlagendesign
Anforderungsprofil PSW:
max. Wirkungsgrad
+ min. Startzeiten
+ max. Laständerungsgeschwindigkeit
+ max. Flexibilität
+ max. Lastwechsel
+ max. Verfügbarkeit
+…
+ min. Kosten (Investition + Betrieb)
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Anforderungen an das
Anlagendesign
Anforderungsprofil PSW:
max. Wirkungsgrad
+ min. Startzeiten
+ max. Laständerungsgeschwindigkeit
+ max. Flexibilität
+ max. Lastwechsel
+ max. Verfügbarkeit
+…
+ min. Kosten (Investition + Betrieb)
Reversible Pumpturbine
Motor-Generator
Speicherbecken, Wasserwege
Verschluss- und Regelorgane
Transformator
≠
PSW
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Anforderungsprofil PSW:
max. Wirkungsgrad
+ min. Startzeiten
+ max. Laständerungsgeschwindigkeit
+ max. Flexibilität
+ max. Lastwechsel
+ max. Verfügbarkeit
+…
+ min. Kosten (Investition + Betrieb)
Anforderungen an das
Anlagendesign
Zylinderschütz Antrieb,
Steuerung
Hochstromschienensystem
Einlaufrechen
Rechenreinigungsmaschine
Blasluftkompressoren
CO2-Löschanlage
Leistungsschalter
Netzanschluss
Eigenbedarfsversorgung
statische Erregung
Erregertransformatoren
Turbinenregler
Generatorbremse
Filteranlagen
Lenzsystem
Messeinrichtungen
Lagerölversorgung
Öldunstabsaugung
Kühlwassersysteme
Lagerölkühlung
Leittechnik
Kugelschieberantrieb,
-steuerung
Anfahrumrichter
AUR-Trafo
Schaltanlagen
Synchronisierung
…
Rollschütze Antrieb,
Steuerung
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Anlagendesign betrifft auch viele weitere Aspekte
> Brandschutz- und Rettungskonzepte
inkl. separater Rettungswege
> Klimatisierung ohne erhöhten
Eigenbedarf möglich
> Absperrorgane redundant ausgeführt
> Zugangsmöglichkeit und
Logistikkonzept für Betrieb und
Instandhaltung
> Sichere und effiziente Instandhaltung
gewährleistet
> Anlagen auch im Krisen- /
Schadensfall in sicherem
Betriebszustand
> …
> Schwere und große Bauteile müssen
an den benötigten Einsatzort
gelangen, z.B. Transformator,
Kugelschieber, Generator
> Kurze Reaktionszeiten für
Demontage- und Montagearbeiten
> Hydraulische Anlageneigenschaften
ermöglichen einen marktkonformen,
flexiblen Betrieb
> …
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Bau eines Pumpspeicherkraftwerks
Vianden M11 (I)
2011 Bau der Kaverne
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SEITE 11
Bau eines Pumpspeicherkraftwerks
Vianden M11 (II)
2012 Transport der Spirale
2012 Einbau der Spirale
2013 Einbau des Generators
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Übersicht
Aufgaben eines PSW
Anforderungsprofil eines PSW
Betrieb eines PSW
Fazit & Ausblick
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Zukunftsfähiges Anlagendesign nur durch regelmäßige
Anpassungen erreichbar
Beispiel: Markt fordert höhere Flexibilität
– Neue Randbedingungen führen zu verändertem Einsatzverhalten …
− Häufige kurze, aufeinanderfolgende Pumpzyklen: thermische Belastung der
Anfahrumrichter-Technik
− Häufiges Anfahren im Pumpbetrieb: stärkerer Verschleiß des Laufrades
− Vermehrte An- und Abfahrvorgänge: erhöhte Lagerbelastung
– … und verringern die Lebensdauer der Hauptkomponenten
− Generatorrotor: Rissbildung im Bereich der Pol-Anbindung möglich
− Absperrorgane: erhöhter Verschleiß der Dichtungen
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Betrieb von Pumpspeicherkraftwerken
Anfahrumrichter
> Viele kurze Pumpzyklen belasten Anfahrumrichter-Technik
Leistungsstärkerer AUR-Transformator ermöglicht häufige Starts im Pumpbetrieb
AUR-Trafo - alt
AUR-Trafo - neu
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Betrieb von Pumpspeicherkraftwerken
Pumpturbine
> Kavitation am Laufschaufelansatz während des Anfahrens im Pumpbetrieb
> Korrosionsschäden am Übergang von der Spirale zu den Leitschaufeln
Verstärkter Instandhaltungsaufwand durch vermehrte Betriebsartenwechsel
Korrosionsschutz Leitapparat
Laufrad
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Betrieb von Pumpspeicherkraftwerken
Generator
> Hohe Beanspruchung des Generatorrotors: Lebensdauer rotierender Bauteile
abhängig von Lastwechseln (Start/Stopp-Zyklen)
Regelmäßige Inspektionen der Pol-Anbindung
evtl. Nacharbeit des Rotorkörpers und der Pole erforderlich
Generator Rissprüfung
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Betrieb von Pumpspeicherkraftwerken
Kugelschieber
> Eintrag abrasiver Stoffe aus Trieb- und Steuerwasser
> Hohe Zahl an Öffnungs- und Schließvorgängen
Hoher Instandhaltungsaufwand durch Verschleiß der Dicht- und Gleitflächen
Haltering
Dichtring
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Übersicht
Aufgaben eines PSW
Anforderungsprofil eines PSW
Betrieb eines PSW
Fazit & Ausblick
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Fazit & Ausblick
> Pumpspeicherkraftwerke sind Partner der erneuerbaren Energien
– Derzeit einzige großtechnisch verfügbare, marktfähige Speichertechnologie
– Stellen aus dem Stillstand die Flexibilität bereit, die zum Ausgleich von
Prognoseabweichungen und Lastgradienten erforderlich ist
> Perspektiven für Pumpspeicherkraftwerke
– Verschiedene Untersuchungen weisen ein Potential für weitere
PSW-Standorte aus
– Bestandsanlagen stehen derzeit wirtschaftlich stark unter Druck,
Neubauvorhaben sind mehrheitlich ausgesetzt oder aufgegeben
– Vielfältige Einsatzmöglichkeiten für Speicher: Kommerzialisierung ist derzeit
schwierig und hängt von zukünftigen Marktmechanismen ab
– Bei Veränderungen der wirtschaftlichen Rahmenbedingungen ist eine
Neubewertung möglicher PSW-Standorte sinnvoll
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VIELEN DANK FÜR
IHRE AUFMERKSAMKEIT.
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