Zukünftiger Beitrag der österreichischen Pumpspeicherkraftwerke zur Integration eines hohen Anteils erneuerbarer Stromerzeugung in Deutschland

Abstract

Die wachsende Energieerzeugung aus regenerativen Energieträgern ist ein wichtiger Schritt, um zum einen eine Alternative zu den begrenzten fossilen Energieträgern zu erhalten und zum anderen, um auf die CO2-Problematik zu reagieren. Aufgrund der steigenden Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien, vor allem Wind und Sonne, wird sich der konventionelle Kraftwerkspark in Zukunft zunehmend verändern.<br />Hinsichtlich dieser Annahme wird ein Matlab-Modell erstellt, das sich mit der stündlichen Kraftwerkseinsatzplanung thermischer Kraftwerke sowie der Spitzenlastabdeckung durch Pumpspeicher beschäftigt. Der Fokus der empirischen Analyse liegt auf Deutschland, dessen Lastprofil in verschiedenen Fallbeispielen sowohl für das Jahr 2010 als auch für die Jahre 2020 und 2030 verwendet wird, und auf dem Beitrag des Pumpspeichereinsatzes aus nahe gelegenen Ländern wie Österreich. In diesem Zusammenhang werden auch die 2020 Ziele berücksichtigt, die die Reduktion der Treibhausgasemissionen um 40%, sowie die Steigerung des Anteils an erneuerbaren Energien auf 18% und die Reduktion des Primärenergiebedarfs um 20% beinhalten. Auch der jüngst beschlossene Kernkraftausstieg in Deutschland bis zum Jahr 2022 ist Bestandteil der Analysen.<br />Die Ergebnisse des Modells in dieser Arbeit zeigen für das Fallbeispiel Deutschland, dass durch die Steigerung der erneuerbaren Stromerzeugung die Residuallast zwar insgesamt niedriger, jedoch auch volatiler wird.<br />Daher werden in Zukunft vermehrt flexiblere Kraftwerke benötigt, sowohl für die Energieerzeugung als auch in Bezug auf den Import von flexibler Pumpspeicherenergie aus den Alpen (Österreich), um Schwankungen zwischen Erzeugung und Nachfrage ausgleichen zu können. Neben dem signifikanten Beitrag von Pumpspeicherkraftwerken aus den Nachbarländern werden thermische Kraftwerke in Deutschland jedoch weiterhin aus dem Kraftwerkspark nicht wegzudenken sein, da auch durch einen weiteren Ausbau erneuerbarer Energieträger nicht die gesamte zukünftige deutsche Last abgedeckt werden kann.<br />

The increasing energy production out of renewable energies is an important alternative to fossil fuel based energy systems, notably to cope with CO2 emission problems. Moreover, the conventional electricity generation system will change already in the near future by significantly increasing renewable electricity generation like wind and solar power. Therefore a Matlab-model has been developed in this thesis, modelling the power plant dispatch on an hourly basis with special emphasis on pumped hydro storage operation in this context. The main focus of the empirical analysis is Germany, i.e. the German electricity load profile for the year 2010 and different future scenarios (years 2020 and 2030) have to be met. The German power plant dispatch model developed in this thesis takes into account also several important energy policy decisions as well as operational practices of pumped hydro storage exchange of Germany with its neighbouring countries. This means in particular that the 2020 energy targets will be covered, which contain the 40% reduction of green house gas emissions as well as the increase of renewable energies up to 18% and a 20% reduction in primary energy use. A concern will also be Germany's nuclear power phase out until the year 2022.<br />The major results of the modelling analysis in this thesis show that the residual load in Germany will decrease significantly and will become more volatile; as a result of a significantly increasing variable renewable electricity generation. Therefore, there is a future need for sufficient flexible power plants in Germany both on generation as well as imports of flexible pumped hydro storage generation from the Alps (Austria) in order to be able to balance electricity generation and demand on several scales in time. Despite the significant contribution of pumped hydro storage power plants from neighbouring countries, also additional flexible conventional power plants are needed in Germany in the future in order to support the significantly increasing variable renewable electricity generation and to meet the load profile.