Entwicklung eines Simulationstools zur Bestimmung der erforderlichen Speicherkapazität von Wärmespeichern für die Prozessdampferzeugung

Abstract

Die Energiewende in Deutschland stellt hohe Ansprüche an die Anpassungsfähigkeit des Energiesystems. Bis zum Jahre 2050 sollen die Treibhausgasemissionen gegenüber dem Stand von 1990 um 80 - 95 % reduziert werden. Zusätzlich zu den Reduktionszielen wird eine starke Integration von erneuerbaren Energien angestrebt, die im Jahr 2050 einen Anteil von 60 % des Bruttoendenergieverbrauchs und mindestens 80 % des Bruttostromverbrauchs abdecken sollen [1]. Technologien zur Speicherung von Strom befinden sich in verschiedenen Stadien der technischen Reife. Es sind erhebliche Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen erforderlich um die Ziele der Energiewende möglichst ohne Komfortverzicht für die Gesellschaft und zu akzeptablen Kosten für Industrie und Bevölkerung zu erreichen. Eine signifikante Erhöhung der Speicherkapazitäten für Strom kann dazu beitragen, temporäre Energieüberschüsse aus fluktuierenden Energiequellen nutzbar zu machen und die Netze zu stabilisieren. In dieser Arbeit wird ein Simulationstool entwickelt, welches die Bestimmung einer erforderlichen Speicherkapazität eines Wärmespeichersystems zur Deckung eines Prozessdampfbedarfes von 125 MW bei Einspeicherung eines real existierenden Solarund Windparks ermöglicht. Der definierte Prozessdampfbedarf wird für ein beispielhaftes Papierindustrieunternehmen benötigt. Das erstellte Simulationsprogramm soll für jeden beliebig gewählten Standort anwendbar sein. Das Simulationstool beinhaltet ca. 7500 durchgeführte Simulationen, kann aber je nach Parametereingabe weiter eingegrenzt bzw. erweitert werden. Die Simulation eines real existierenden Solarparks in Spanien mit 650 MWp, Windparks mit 100 MWp inklusive Wärmespeicherkapazität von 2000 MWh zeigt die geringsten Wärmegestehungskosten von 5.71 ct*kWh-1 aller durchgeführten Simulationen. Ein Ländervergleich hinsichtlich Gestehungskosten verdeutlich die Wirtschaftlichkeit und Konkurrenzfähigkeit dieser Simulation.