Speicherauslegung und Betriebsführung von Wasserstoff- Druckluftspeicherkraftwerken (HCAES) bei simultaner Teilnahme an verschiedenen Energiemärkten

Klaas, Ann-Kathrin

• Publisher: Cuvillier Verlag
• Year: 2023
• eBook ISBN:
  9783736968950
• Print ISBN:
  9783736978959
• Edition: 1

Die Energiewende in Deutschland mit dem Ziel eines klimaneutralen Energiesystems erfordert den massiven Ausbau erneuerbarer Energien. Mit einem steigenden Anteil fluktuierender, erneuerbarer Erzeugung steigt auch der Bedarf an kurz und langfristigen Energiespeichern. Der wirtschaftliche Betrieb eines solchen des Langzeitspeichers ist allerdings erwünscht, um die Projektierung und den Bau für Speicherbetreiber attraktiv zu machen und komplizierte Anreizsysteme und Subventionen zu vermeiden.Ein in bisherigen Untersuchungen kaum beachtetes Konzept zur Langzeitspeicherung von elektrischer Energie ist das Wasserstoff-Druckluftspeicherkraftwerk (HCAES), das untertägige Salzkavernen zur Speicherung der Arbeitsgase Druckluft und Wasserstoff nutzt. Das Konzept basiert auf dem Prinzip des Druckluftspeicherkraftwerks und nutzt zusätzlich die höhere Energiedichte von Wasserstoff aus, um die Speicherkapazitätdes HCAES zu erhöhen. Zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit eines Wasserstoff-Druckluftspeicherkraftwerks wurde das Konzept zunächst analysiert und mit anderen Konzepten zur Speicherung von Druckluft oder Wasserstoff in Salzkavernen verglichen. Die optimale Dimensionierung zur gleichzeitigen Teilnahme an mehreren Energiemärkten wurde anhand eines linearen Optimierungsmodells mit perfekter Prognose untersucht. Die Ergebnisse der Dimensionierung wurden im Anschluss hinsichtlich des Einflusses von Betriebsrestriktionen mit einem gemischtganzzahligen linearen Optimierungsmodell analysiert. Zusätzlich wurde der Einfluss von Prognoseunsicherheiten im Rahmen einer rollierenden Planung untersucht.

Table of contents

• Abbildungsverzeichnis
• Tabellenverzeichnis
• Abkürzungs- und Symbolverzeichnis
• 1 Einleitung
• 1.1 Grundlagen der Modellierung
• 1.2 Aufbau der Arbeit
• Teil A: Konzeptionierung,Parametrierung und Vergleich von Speicherkraftwerken
• 2 Grundlagen der Speicherung von elektrischer Energie in Form von Druckluft und Wasserstoff
• 2.1 Speicherkraftwerkskonzepte
• 2.2 Komponenten der Speicherkraftwerke
• 3 Vergleich der Konzepte
• 3.1 Quantitative Kriterien
• 3.2 Qualitative Kriterien
• 3.3 Zwischenfazit
• Teil B: Dimensionierung von HCAES-Speicherkraftwerken
• 4 Modellbildung
• 4.1 Ziel der Modellierung
• 4.2 Kraftwerksbetrieb
• 4.3 Energiemärkte
• 4.4 Zielfunktion
• 5 Ergebnisse der Dimensionierung
• 5.1 Bestimmung eines Basisjahrs
• 5.2 Sensitivitätsanalyse
• 5.3 Zweidimensionale Sensitivitätsanalyse
• 5.4 Auswertung
• 5.5 Szenarienbasierte Dimensionierung
• 5.6 Zwischenfazit
• Teil C: Betriebsführung von HCAES-Speicherkraftwerken
• 6 Detailgrad des Speicherkraftwerksmodells
• 6.1 Speicherkraftwerksbetrieb mit dem Basismodell
• 6.2 Betriebsrestriktionen im Speicherkraftwerksmodell
• 6.3 Zwischenfazit
• 7 Rollierende Kraftwerkseinsatzplanung unter Berücksichtigung von Prognosefehler
• 7.1 Rollierende Planung
• 7.2 Prognoseverfahren
• 7.3 Einfluss der Prognosegüte
• 7.4 Zwischenfazit
• 8 Schlussfolgerungen
• Literatur
• Anhang zu Teil A
• A.1 Thermodynamische Analyse von Speicherkraftwerken
• A.2 Definition des Technology Readiness Level
• A.3 Paarweiser Vergleich der Speicherkraftwerkskonzepte anhand qualitativer Kriterien
• Anhang zu Teil B
• B.1 Berechnung der normierten Wind- und PV-Einspeisezeitreihen
• B.2 Sensitivitätsanalyse der Eingangsparameter
• Anhang zu Teil C
• C.1 Basismodell
• C.2 Preisprognose mit der sARIMA-Methode