RUB-Bauingenieur erhält Umweltförderpreis für optimale Kopplung von Wind- und Wasserkraft

Strom aus Windenergie ist eine umweltfreundliche Sache – wenn der Wind nur nicht so wankelmütig wäre. In Zeiten, in denen Windenergieanlagen wenig Strom produzieren, muss der Bedarf bislang in der Regel mit Strom aus herkömmlichen Kraftwerken gedeckt werden. In windigen Phasen wird mitunter zu viel Strom erzeugt, dessen Nutzung problematisch sein kann. Eine Lösung für dieses Problem hat Dipl.-Ing. Leif-Erik Langhans in seiner Diplomarbeit untersucht. Sein Ergebnis: Die optimale Kopplung von Wind- und Wasserkraftwerken könnte die benötigte Ausgleichsleistung durch konventionelle Kraftwerke um bis zu 90 Prozent senken.
Für die Arbeit, die er am Lehrstuhl der Ruhr-Universität Bochum (RUB) für Hydrologie, Wasserwirtschaft und Umwelttechnik angefertigt hat wurde er mit dem Förderpreis „Beiträge des Bauingenieurwesens zur Umwelttechnik“ ausgezeichnet. Dr. Markus Pahlow und Prof. Dr. Andreas Schumann betreuten die Arbeit.

Viele Vorteile?
Erneuerbare Energiequellen wie der Wind haben viele Vorteile: Sie wirken sich positiv auf die Umwelt aus, indem sie den Ausstoß von Treibhausgasen senken und so den durch Menschen verursachten Klimawandel mildern. Sie schaffen Arbeitsplätze (130.000 Erwerbstätige in der Windindustrie im Jahr 2004) – und sie verbessern die Wettbewerbsfähigkeit der Wirtschaft (Gesamtumsatz 2004 rund 12 Milliarden Euro). Folgerichtig strebt die Bundesrepublik bis 2020 eine Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien an der Elektrizitätsversorgung auf mindestens 20 Prozent an. Der nächste Schritt für den Ausbau der Windenergienutzung in Deutschland konzentriert sich auf Offshore-Windkraftanlagen auf dem Meer, wo der Wind stärker und gleichmäßiger weht als an Land.
… und ein Haken?
Der Haken am Strom aus Wind sind die Schwankungen der Menge des erzeugten Stroms: Der Wind weht nicht verlässlich, weswegen es notwendig ist, alternative Kraftwerksreserven vorzuhalten, welche die Stabilität der Stromnetze gewährleisten. Um auch hier den Anteil der erneuerbaren Energien zu erhöhen und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen oder der Atomkraft zu verringern, bieten sich laut Langhans Wasserkraftwerke an. „Vor allem Pumpspeicherkraftwerke sind zu diesem Zweck geeignet, da ein Überangebot elektrischer Energie aus Wind dazu genutzt werden kann, Wasser als Energieträgermedium in ein höher liegendes Becken zu pumpen, dort in Form von potentieller Energie zu speichern und bei einem Energiemangel diese Lageenergie dann über Generatoren in Strom zurückzuwandeln, indem das Wasser wieder in ein tiefer liegendes Becken abgelassen wird“, erklärt Leif-Erik Langhans sein Konzept. Er analysierte in seiner Diplomarbeit die Umsetzbarkeit dieser Kopplung von Wind- und Wasserkraft und ihre Auswirkungen angesichts des liberalisierten Strommarktes.

Modellstudie über Pumpspeicherkraftwerke
Kern der Arbeit war eine Modellstudie, für die Langhans bereits entwickelte Ansätze einer Kopplung von Wind und Wasserkraft aus Griechenland, Portugal und Mexiko auf den deutschen Strommarkt übertrug, am Beispiel des neu errichteten Pumpspeicherkraftwerks in Goldisthal/Thüringen (verfügbare Generatorleistung 1.060 MW), und in die er stündliche Windenergiedaten einbezog. Es galt, den ökonomischen Nutzen der gekoppelten Wind- und Wasserkraftanlagen unter Berücksichtigung der realistischen Gegebenheiten zu maximieren. Ziel war eine optimierte Steuerungsstrategie für das Windkraft-Wasserkraft-System zu entwerfen. „Die Modellstudie sollte zeigen, wie der Anteil an erneuerbaren Energien erhöht werden könnte und wie durch effizienteren Einsatz wesentlich mehr konventionelle Kraftwerksreserven wie Kohle, Gas, Öl oder Kernkraft ersetzt werden können“, erklärt Langhans.

Ein gutes Team: Wind und Wasser
Langhans zeigte für zwei beispielhafte Wochen – eine mit viel Wind und großen Schwankungen im Winter und eine mit wenig Wind und geringen Schwankungen im Sommer – für die Regelzone der RWE-Transport-Netze Strom GmbH, dass die absolute Leistungsspanne zwischen maximaler und minimaler Abgabeleistung bei Betrachtung des Verbundsystems „Wind und Wasser“ gegenüber dem „nur Wind“-Fall um 42,6 Prozent (Winterwoche) bzw. 65,0 Prozent (Sommerwoche) zurückgehen würde. Entsprechend verringert sich die Ausgleichsleistung, die konventionelle Kraftwerke mit ihren CO2-Emissionen und dem Verbrauch von Rohstoffreserven bereitstellen müssten, im Durchschnitt um 78,0 Prozent (Winterwoche) bzw. 91,8 Prozent (Sommerwoche).

05.01.2007 | Quelle: Ruhr-Universität Bochum (RUB) | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH