Pumpspeicher
Pumpspeicherkraftwerke nutzen die Wasserkraft, um überschüssigen Strom, der in Zeiten hoher Produktion aus erneuerbaren Energiequellen wie Wind- oder Solarenergie anfällt, zu speichern. Diese Speicherung hilft, die Schwankungen in der Stromproduktion aus erneuerbaren Quellen auszugleichen und ermöglicht es, die gespeicherte Energie bei Bedarf zu einem späteren Zeitpunkt wieder freizusetzen.
Diese Kraftwerke bestehen aus zwei Wasserbecken auf unterschiedlichen Höhen, wobei Energie im oberen Becken gespeichert und durch das Ablassen des Wassers in das untere Becken wieder freigesetzt wird. Die Mehrheit der Pumpspeicherkraftwerke ist oberirdisch installiert, es existieren jedoch auch unterirdische Varianten.
Im Jahr 2016 waren in Deutschland insgesamt dreißig Pumpspeicherkraftwerke mit einer installierten Gesamtnennleistung von etwa 6.550 Megawatt (MW) in Betrieb, die einen wichtigen Beitrag zur Stabilisierung des Stromnetzes und zur Integration erneuerbarer Energien leisten.
Funktionsweise
Pumpspeicherkraftwerke sind eine effektive Methode zur Energiespeicherung, da Strom nicht direkt gespeichert wird, sondern in eine andere Energieform umgewandelt wird. Bei diesen Kraftwerken wird überschüssige, momentan nicht benötigte regenerative Energie, wie sie durch Windkraft oder Sonnenstrahlung erzeugt wird, verwendet, um Wasser in das obere Becken zu pumpen. Diese Umwandlung von elektrischer Energie in Lageenergie des Wassers speichert die Energie für spätere Nutzung.
Zur Energiegewinnung wird das Wasser dann durch Turbinen in das untere Becken geleitet. Der Wasserabfluss treibt die Turbinen an, die kinetische Energie erzeugen, die über einen Generator wieder in elektrische Energie umgewandelt wird. Obwohl dieser Prozess keine lange Vorlaufzeit benötigt und das Kraftwerk bei Bedarf schnell Energie bereitstellen kann, geht bei jeder Umwandlung ein Teil der Energie verloren. Der durchschnittliche Wirkungsgrad eines Pumpspeicherkraftwerks in Deutschland beträgt etwa 70 Prozent.
Vor- und Nachteile
Die Vorteile des Pumpspeicherkraftwerks sind vielfältig. Eine wesentliche Eigenschaft ist ihre Schwarzstartfähigkeit, die es ermöglicht, das Kraftwerk ohne externe Stromversorgung in Betrieb zu nehmen. Dies ist besonders bei großflächigen Stromausfällen von Bedeutung, da die geringen Energiemengen, die beispielsweise für das Öffnen des Abflusses benötigt werden, aus Akkus stammen können.
Zudem können Pumpspeicherkraftwerke schnell aktiviert werden, was sie zum idealen Ausgleich von Schwankungen in der Energieversorgung macht. Durch die Regulierung des Wasserstroms lässt sich die produzierte Strommenge steuern. Des Weiteren sind die Kosten pro gespeicherte Kilowattstunde niedriger als bei anderen Speicherformen. Im Vergleich zu vielen anderen Speichersystemen haben Pumpspeicherkraftwerke eine sehr hohe Lebenserwartung.
Der größte Nachteil eines Pumpspeicherkraftwerks ist der erhebliche Platzbedarf. Abgesehen davon, dass die Errichtung teuer ist, belasten oberirdische Anlagen meist die Umwelt stark. Da Pumpspeicherkraftwerke selten in Siedlungsnähe gebaut werden, muss der erzeugte Strom über weite Strecken transportiert werden, was zu Energieverlusten führt und schlussendlich den Wirkungsgrad verringert. Aufgeführte Nachteile verhindern oft den Bau von oberirdischen Pumpspeicherkraftwerken, weshalb intensiv nach Alternativen gesucht wird, um diese Probleme zu verringern oder sogar ganz zu vermeiden.
Pumpspeicherkraftwerke in Deutschland und deren Zukunft
Laut einer wissenschaftlichen Auswertung des Umwelt-Bundesamtes im Jahr 2021 stellen „Pumpspeicher den Großteil der Stromspeicherkapazität in Deutschland. In Deutschland werden derzeit 25 Pumpspeicherkraftwerke betrieben.“
Da der Bau eines oberirdischen Pumpspeicherkraftwerks erheblichen Landschaftsverbrauch und Umweltbelastungen mit sich bringt, wird die Möglichkeit unterirdischer Pumpspeicherkraftwerke in Betracht gezogen. Hierfür könnten beispielsweise stillgelegte Steinkohle-Bergwerke genutzt werden, die bereits große Hohlräume als Speicherbecken und tiefe Gänge für den Wassertransport aufweisen. Diese Stollen reichen teilweise sehr tief, was dem Wasser eine große Fallhöhe bietet und somit eine hohe Ausbeute an elektrischer Energie ermöglicht.
Für den Erfolg der Energiewende sind alle bedeutenden erneuerbaren Energiequellen erforderlich. Die Wasserkraft bietet hier zahlreiche Vorteile: Sie ist nicht nur klimaneutral, sondern auch in der Lage, eine konstante Grundlast zu gewährleisten. Zudem zeichnet sie sich durch hohe Flexibilität und bedeutende Speicherkapazität aus, was zur Stabilität des Stromnetzes beiträgt. Hinzukommend unterstützt die Nutzung von Wasserkraftanlagen den Hochwasserschutz und die Wasserwirtschaft.
Quellen:
https://www.dena.de/themen/energiesysteme/flexibilitaet-und-speicher/pumpspeicher/
https://www.verivox.de/strom/themen/pumpspeicherkraftwerk/
https://www.vattenfall.de/glossar/pumpspeicherkraftwerk
https://www.wasserkraft-deutschland.de/wasserkraft/wasserkraft-in-zahlen.html
https://www.enbw.com/unternehmen/eco-journal/wasserkraftwerke.html#zukunft-und-potenziale
https://www.weltderphysik.de/gebiet/technik/energie/wasserkraftwerke/speicherkraftwerke/
