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Fachbericht 62: Potenzialstudie Pumpspeicherkraftwerke Nordrhein

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Fachbericht 62: Potenzialstudie Pumpspeicherkraftwerke Nordrhein Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen Potenzialstudie Pumpspeicherkraftwerke Nordrhein-Westfalen LANUV-Fachbericht 62 www.lanuv.nrw.de Potenzialstudie Pumpspeicherkraftwerke Nordrhein-Westfalen LANUV-Fachbericht 62 Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen Recklinghausen 2016 IMPRESSUM Herausgeber Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen (LANUV) Leibnizstraße 10, 45659 Recklinghausen Telefon 02361 305-0, Telefax 02361 305-3215 E-Mail: [email protected] Der Fachbericht 62 entspricht im Wesentlichen dem Abschlussbericht einer Studie, die im Auftrag des LANUV in Abstimmung mit dem MKULNV erstellt wurde. Bearbeitung Dr.-Ing. Stefan P. Schmidt (Projektleiter), Robert Achatz, Stefan Kissauer, Lahmeyer Hydroprojekt GmbH, Regionalbereich Mitte, Rießnerstraße 18, 99427 Weimar Tobias Friedrich, Heinz-Jörg Benning, DMT GmbH & Co.KG, Am Technologiepark 1, 45307 Essen Norbert Krzikalla, Dominic Nailis, BET Büro für Energiewirtschaft und technische Planung GmbH, Alfonsstraße 44, 52070 Aachen Projektbetreuung/Redaktion Niklas Raffalski, Christina Seidenstücker, Antje Kruse, Dr. Barbara Köllner (LANUV) Titelbild Trianel GmbH ISSN 1864-3930 (Print), 2197-7690 (Internet), LANUV-Fachberichte Informationsdienste Informationen und Daten aus NRW zu Natur, Umwelt und Verbraucherschutz unter • www.lanuv.nrw.de Aktuelle Luftqualitätswerte zusätzlich im • WDR-Videotext Tafeln 177 bis 179 Bereitschaftsdienst Nachrichtenbereitschaftszentrale des LANUV (24-Std.-Dienst) Telefon 0201 714488 Nachdruck – auch auszugsweise – ist nur unter Quellenangaben und Überlassung von Belegexemplaren nach vor- heriger Zustimmung des Herausgebers gestattet. Die Verwendung für Werbezwecke ist grundsätzlich untersagt. Potenzialstudie Pumpspeicherkraftwerke Nordrhein-Westfalen Vorwort Sehr geehrte Leserin, sehr geehrter Leser, Die Energiewende schreitet weiter voran, der Anteil der Erneuerbaren Energien an der Stromversorgung nimmt stetig zu. Auch in Zukunft wird vor allem die Bedeutung von Wind- und Solarenergie weiter stei- gen. Die „Potenzialstudie Erneuerbare Energien NRW“ des LANUV hat hierfür bereits Möglichkeiten und Grenzen der Nutzung der einzelnen Erneuerbaren Energien in Nordrhein-Westfalen aufgezeigt. Doch der wachsende Anteil regenerativer Energien bedeutet auch eine Herausforderung für die Versor- gungsnetze: Einerseits kann es vorkommen, dass das Stromnetz an besonders windstarken Tagen die gesamte Menge der erzeugten Windenergie nicht mehr vollständig aufnehmen kann und somit Anlagen abgeregelt werden müssen. Andererseits muss auch in einem zukünftigen Strommarktdesign die Versor- gungssicherheit in Zeiten gewährleistet sein, in denen die Erzeugung aus Erneuerbaren Energien die Nachfrage nicht deckt. Im Rahmen der Energiewende ist es daher von großer Bedeutung, dass zeitlich auftretende Ungleichge- wichte zwischen Stromerzeugung und -verbrauch ausgeglichen werden können. Dafür muss die Flexibili- tät des gesamten Systems gesteigert werden. Eine Möglichkeit hierzu ist der verstärkte Einsatz von Energiespeichern, zum Beispiel von Pumpspeicherkraftwerken. Pumpspeicherkraftwerke sind in Deutschland bereits seit vielen Jahrzehnten erprobt und erreichen im Vergleich zu anderen Speichertechnologien im größeren Maßstab die höchsten Wirkungsgrade. Der Bau eines Pumpspeicherkraftwerks ist in der Regel mit erheblichen Eingriffen in Natur und Land- schaft verbunden. Die vorliegende Studie hat daher bei den Anforderungen an mögliche Standorte in Nordrhein-Westfalen und bei deren Bewertung neben den technischen Voraussetzungen zahlreiche Kri- terien aus Umwelt- und Naturschutz herangezogen. Ziel war es dabei, potenziell geeignete Standorte für Pumpspeicherkraftwerke im Land zu finden, die zudem eine möglichst geringe Konfliktintensität aufwei- sen. Die Ergebnisse zeigen, dass in Nordrhein-Westfalen insgesamt ein großes Potenzial für den Ausbau von Pumpspeicherkapazitäten vorhanden ist. Im Rahmen von konkreten Planungen wird es dabei in Zukunft vor allem wichtig sein, einen Ausgleich zwischen den Erfordernissen der Energiewende und den Belan- gen von Natur- und Umweltschutz sowie den Interessen der betroffenen Menschen vor Ort zu erreichen. Ich bedanke mich bei allen Beteiligten, die die Erstellung dieser Studie mit ihrem Fachwissen unterstützt haben und wünsche eine informative Lektüre. Ihr Dr. Thomas Delschen Präsident des Landesamtes für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen – Fachbericht 62 - 3 / 160 - Potenzialstudie Pumpspeicherkraftwerke Nordrhein-Westfalen Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis ............................................................................................................................... 7 Tabellenverzeichnis .................................................................................................................................... 9 Anlagenverzeichnis ................................................................................................................................... 11 Abkürzungsverzeichnis und Einheiten ................................................................................................... 12 Zusammenfassung .................................................................................................................................... 13 1 Einleitung .......................................................................................................................... 18 2 Grundlagen von Pumpspeicherkraftwerken ................................................................. 20 2.1 Bestand an Pumpspeicherkraftwerken .............................................................................. 20 2.2 Geplante Standorte für Pumpspeicherkraftwerke in Deutschland und Nordrhein- Westfalen ........................................................................................................................... 22 2.3 Funktionsweise und wesentliche Komponenten von Pumpspeicherkraftwerken .............. 24 2.3.1 Funktionsweise von Pumpspeicherkraftwerken ................................................................ 24 2.3.2 Bauliche Anlagen und elektromechanische Ausrüstung von Pumpspeicherkraftwerken .. 24 2.4 Standortanforderungen eines Pumpspeicherkraftwerkes.................................................. 30 2.5 Bedeutung von Pumpspeicherkraftwerken für die Stromversorgung ................................ 32 2.5.1 Lastausgleich ..................................................................................................................... 32 2.5.2 Regelenergie ...................................................................................................................... 33 2.5.3 Blindleistungsregelung ....................................................................................................... 34 2.5.4 Schwarzstartfähigkeit ......................................................................................................... 34 2.5.5 Derzeitige und zukünftige Hauptaufgaben von Pumpspeicherkraftwerken ....................... 35 2.6 Energierechtliche Grundlagen ........................................................................................... 35 2.7 Energiewirtschaftliche Grundlagen .................................................................................... 37 2.7.1 Spotmarkt ........................................................................................................................... 37 2.7.2 Intraday-Markt .................................................................................................................... 39 2.7.3 Regelenergiemarkt ............................................................................................................. 40 2.7.4 Räumliche Positionierung neuer Pumpspeicherkraftwerke ............................................... 42 2.8.1 Planungs- und Umweltrechtliche Grundlagen ................................................................... 43 2.8.2 Verträglichkeit von Pumpspeicherkraftwerken mit Schutzzielen und weiteren Nutzungsansprüchen ......................................................................................................... 44 3 Methodik der Potenzialanalyse ...................................................................................... 47 3.1 Kraftwerkskonzept der Studie ............................................................................................ 47 3.2 Datengrundlagen ............................................................................................................... 48 3.3 Vorgaben für die Standortidentifikation und -bewertung ................................................... 49 3.3.1 Mindestanforderungen ....................................................................................................... 49 Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen – Fachbericht 62 - 4 / 160 - Potenzialstudie Pumpspeicherkraftwerke Nordrhein-Westfalen 3.3.2 Ausschlusskriterien ............................................................................................................ 50 3.3.3 Bewertungskriterien und zugehörige Indikatoren .............................................................. 56 3.4 Methodik für die Standortsuche und -bewertung ............................................................... 69 3.4.1 Topographische Analyse ..................................................................................................
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