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Konzept zur wirtschaftlichen Nutzung neu zu errichtender Windparks mit großen Windkraftanlagen im Off- und Onshore- Bereich
Mit diesem Bericht soll versucht werden, die Diskussion der Windenergienutzung im Off- und Onshore- Bereich in bisher nicht diskutierte Bahnen zu lenken. Im Vordergrund liegt die Absicht, die Windenergie in Zukunft vor allem wirtschaftlich und marktgerecht zu nutzen.
Mit dem hier angedachten Konzept soll ein Weg aufgezeigt werden, wie die Windenergie großtechnisch in Einsatz gebracht werden kann.
Es werden am Anfang hier sicherlich banale Fragen gestellt, die aber notwendig sind, um vielleicht etwas Neues zu entwickeln.
Die Fragen wären:
Welche Energieform soll mit der Windkraft erzeugt werden?
-elektrische Energie
-pneumatische Druckenergie
-hydraulische Druckenergie
In welchen Lastbereich soll die gewonnene Energie aus der Windkraft eingeordnet
werden?
In den Bereich der:
-Grundlast
-Mittellast
-Spitzenlast
Die heutige Vorgehensweise der Nutzung des Stromes aus Windenergie ist:
die anfallende Strommenge wird unabhängig vom Bedarf in die Stromnetze eingespeist.
Die gesetzlichen Regelungen schreiben dies vor und fördern die Einspeisung in die Stromnetze. Für die Zukunft bedeutet die bevorzugte Einspeisemöglichkeit des Stromes aus Windenergie sicherlich ein Handikap für die Windparkbetreiber. Sie werden ihre Strommengen nicht optimal verwerten können. Die Netzanpassung kann dem schnell wechselnden Stromangebote nicht entsprechend dynamisch folgen.
Heute schon bereitet die Unterbringung der vergleichbaren kleinen Strommengen im Netz große Probleme, wenn eine Windböe über die norddeutsche Tiefebene zieht.
Es ist darum sicher sehr wichtig nicht nur den Bau von großen Windparks in den Vordergrund zu stellen, sondern auch die spätere Planbarkeit der Stromeinspeisung und den wirtschaftlichen Verkauf des Stromes.
Der höchste KWh-Preis ist für den Bedarf der Spitzenlast oder als spontanes Stromangebot zu erzielen.
Es müssen alternative Energieumsetzungen entwickelt werden. Es zeigt sich heute schon, dass bestehende Techniken der Onshore- Windkraftanlagen nicht ohne weiteres auf die zukünftigen Offshore- Windkraftanlagen übertragbar sind. Neuere Studien belegen welche umfangreichen technischen Veränderungen der Offshore- Windkraftanlagen vorzunehmen sind. Die Windkraftanlagen müssen noch für den Offshore- Bereich unter realen Bedingungen getestet werden. Die Zeit drängt, denn die Politik hat klare Termine mit dem EEG gesetzt.
Es fehlen noch geeignete Windkraftanlagen für den Offshore- Bereich, die zuverlässig und wirtschaftlich betrieben werden können. Weitere große Probleme ergeben sich aus der Energieübertragung küstenferner Windparks.
So wird sich aus den o.a. Gründen sicher ein Kompromiss entwickeln, der dazu führt, dass verbesserte standard Windkraftanlagen für die erste küstennahe Ausbauphase eingesetzt werden.
Wirtschaftlich arbeitende Windparks mit einer Leistung von 5 MW Windkraftanlagen stehen z.Zt. noch nicht zur Verfügung. In dieser Baugröße sind die Windkraftanlagen noch in der Bau- und gehen 2002 in die Erprobungsphase.
Die zukünftigen Leistungsgrößen von Windparks von >>100MW sind vom Verbundnetz mit den spontanen Leistungsangebot nicht mehr ohne weiteres ungeplant aufzunehmen.
Aufgrund der Abnahmepflicht des Stromes aus der Windenergie müssen heute schon andere Stromerzeuger sich dem Stromangebot aus der Windenergie anpassen. Das zwingt die Kraftwerksbetreiber ihre Anlagen in einen unwirtschaftlichen Teillastbereich abzufahren. Eigentlich müsste dieses Faktum, als Folge der Wirkungsgradverschlechterung anderer Energieerzeuger, auch in die Kosten-Kalkulation der heutigen Stromerzeugungskosten aus der Windenergie mit berücksichtigt werden.
Das Ziel dieser Ausarbeitung ist :
" Die Windenergie muss nach Bedarf abrufbar werden."
" Die Windenergie muss den höchsten Strompreis erzielen können"
Das Ziel des hier erarbeitete Konzeptes ist es, die Windenergie über einen Zwischenspeicher den Stromnetzen anzubieten. Die Speicherung schmälert zwar den Wirkungsgrad gegenüber der direkten elektrischen Energiegewinnung aus der Windkraft, doch kann dies später durch die geschickte Einordnung der daraus gewonnenen elektrischen Energie, z.B. in den Spitzenlastbereich der Netzanforderungen, wieder kompensiert werden.
Als Spitzenlastangebot wird die Windenergie dann immer ein attraktivstes Energieangebot sein. Hiermit lässt sich dann auch der höchste Strompreis und damit der höchste Gewinn erwirtschaften.
Wie soll die Energie aus der Windenergie zu jeder Zeit abrufbar gemacht werden, auch wenn die Windkraft zu diesem Zeitpunkt der Anforderung nicht ausreichend zur Verfügung steht?
Es sind große Energiespeicher notwendig!
Für die Speicherung von stets alternierender Energieangebote gibt es bereits bewährte Techniken, die wirtschaftlich genutzt werden:
-eine direkte Speicherung in elektrische bekannte Speicher (Batterien)
-Pumpspeicheranlagen (Wasserkraftturbinen)
-Luftspeicheranlagen (Gasturbinen)
Für die neuen technischen Windkraft- Großanlagen, in den Offshore- Windparks im >>MW- Bereich, kommen sicher nur die beiden bisher bewährten und verlässlichen Techniken in den Kreis der näheren Überlegung:
-Pumpspeicheranlagen
-Luftspeicheranlagen.
Für die Offshore- Windparks bietet sich vorzugsweise die Speicherung in einem Luftspeicher an, da für eine Pumpspeicheranlage die geodätischen Höhenunterschiede im Küstenbereich fehlen. Der Küstenbereich und auch der WAZ-Bereich ist von unterirdischen Salzstöcken durchzogen, die sich für eine Nutzung der Luftspeicherung in großen unterirdischen Kavernen anbietet.
Im Onshore- Bereich besteht seit vielen Jahren eine großtechnisch genutzte Luftspeicheranlage mit dem Kraftwerk Huntdorf der Fa. E-ON als Spitzenlastkraftwerk.
Windkraftanlagen, die im Offshore- Bereich stehen, könnten statt der Erzeugung von elektrischen Strom entsprechende Luftspeicher füllen.
Durch die Verbindung der Luftspeicher mit den im den Onshore- Bereich platzierten Gasturbinen könnte spontan die gespeicherte Energie als Strom erzeugt werden und in das Netz eingespeist werden. Die Problematik der Netzanbindung der neuen Windparks würde sich nicht mehr stellen. Die Gasturbinen werden in der Nähe der bestehenden Hochspannungsnetze, Gasleitungen und Kraftwerksstandorte platziert sein. An der Nordseeküste wären mehrer Standorte denkbar, die diese Infrastruktur bereits vorweisen.
Die Arbeitsluft für die Gasturbinen wird über entsprechend dimensionierte Druckleitungen zugeführt.
Die technische Änderung an den Windkraftanlagen sollte sich nicht als ein zu großes Problem angesehen werden. Der elektrische Generator wird durch einen Luftkompressor ersetzt. Die Windkraftrotoren werden direkt mit den Luft- Kompressoren und der Drehzahlanpassung (Getriebe) gekuppelt, die über Verteilernetze die Luftspeicher füllen. Die Arbeitsdrücke der Luftspeicher und der Verteilernetze ( wie beim Kraftwerk Huntdorf der Fa. E-ON) liegen bei ca. 40 bis 70 ba.r.
Das Konzept gründet sich auf die Nutzung des größten zu erzielenden Preisvorteils aus dem Verkauf des elektrischen Stromes aus dem Spitzenlastbedarf des Verbundnetzes.
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