Pumpspeicherkraftwerk

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Das Koepchenwerk in Herdecke

Ein Pumpspeicherkraftwerk (kurz "Pumpspeicherwerk" (PSW) genannt) ist eine besondere Form eines Speicherkraftwerkes und dient der Speicherung von elektrischer Energie mittels Wasser.

[Bearbeiten] Funktionsweise

Rohrleitungen des Pumpspeicherkraftwerks Wendefurth an der Talsperre Wendefurth im Harz

[Bearbeiten] Speicherung

Zu Zeiten, in denen ein "Überschuss" an elektrischer Energie vorhanden ist (in der Regel nachts), wird Wasser durch Rohrleitungen in ein hochgelegenes Speicherbecken (Oberbecken) gepumpt. Dieser See ist entweder natürlichen Ursprungs oder entsteht durch Aufstauen durch eine Staumauer oder einen Staudamm. Es gibt Oberbecken, die ausschließlich durch Pumpen gefüllt werden und solche, die auch durch natürlichen Zufluss gespeist werden.

Die Höhe der Speicherkapazität ist grundsätzlich abhängig von der speicherbaren Wassermenge und dem nutzbaren Höhenunterschied zwischen Oberbecken und der Turbine. Auch verrohrte Strecken unterhalb der Turbine bis zum Auslauf sind für die Turbine nutzbar. Bei reinen Pumpspeicherwerken ist die Speicherkapazität meist so ausgelegt, dass die Generatoren ca. 4 bis 8 Stunden unter Volllast Strom produzieren können.

[Bearbeiten] Energieumwandlung

Kennzeichen eines Pumpspeicherkraftwerkes ist der reversible Anlagenbetrieb. Eine Turbine, ein Motor-Generator und eine Pumpe sind auf einer Welle montiert und bilden eine Einheit, die auf zweifache Weise funktioniert. Der Motor-Generator erzeugt einerseits, von der Turbine angetrieben, elektrischen Strom. Andererseits fungiert er als elektrischer Motor und treibt die Pumpe an, welche jetzt das Wasser in das Oberbecken pumpt.

Neben dieser klassischen Bauweise wird ein Pumpturbinenkraftwerk heute meist mit einer sogenannten Pumpturbine anstelle der Turbine und der Pumpe ausgerüstet. Bei der Pumpturbine handelt es sich um eine Strömungsmaschine, die in beiden Richtungen durchströmt werden kann, und je nach Antriebsrichtung als Pumpe oder Turbine arbeitet.

[Bearbeiten] Energiewirtschaftliche Bedeutung

Tagesgang eines Pumpspeicherkraftwerkes. Grün bedeutet Leistungsaufnahme aus dem Netz durch Pumpen; Rot Leistungsabgabe ins Netz durch die Turbine

Die Fähigkeit der Pumpspeicherkraftwerke, Energie aufzunehmen als auch abzugeben wird zur Regelung des Stromnetzes genutzt. In Deutschland ist eine Pumpspeicherleistung von 4215 MW installiert, die bei einer Jahreslaufzeit von 1070h eine Stromerzeugung von 6,1 TWh als sogenannte "Regelenergie" liefert.

Die Leistung steht bei Bedarf innerhalb von Minuten zur Verfügung und kann in einem weiten Bereich flexibel geregelt werden. Dies ist ein Vorteil gegenüber konventionellen thermischen Kraftwerken, deren Leistung sich nur im Bereich von mehreren Stunden anpassen lässt. Diese Regelenergie wird sowohl zum Abfangen von Bedarfsspitzen als auch zum Abfangen plötzlicher Verbrauchseinbrüche eingesetzt.

Starklastzeiten, die von Pumpspeicherkraftwerken bedient werden, sind insbesondere mittags, bei bestimmten medialen Ereignissen wie Fußballspielen oder bei Unwettern, die mit plötzlicher Kälte oder Dunkelheit verbunden sind.

Dank ihrer so genannten "Schwarzstartfähigkeit" können Pumpspeicherkraftwerke bei totalen Stromausfällen zum Anfahren anderer Kraftwerke eingesetzt werden.

In kleinem Maßstab wurden Pumpspeicherkraftwerke erstmals in den 1920ern realisiert. Einer der deutschen Ingenieure, die die Technik für groß dimensionierte Pumpspeicherkraftwerke als weltweite Pionierleistung entwickelt haben, war Arthur Koepchen. Nach ihm wurde das 1930 in Betrieb genommene PSW Koepchenwerk der RWE AG in Herdecke an der Ruhr benannt.

Oberer Speichersee und Entnahmebauwerk des Koepchenwerkes

[Bearbeiten] Ökonomie

Bei niedrigem allgemeinem Energiebedarf und folglich billigen Strompreisen fungiert der Generator als stromverbrauchender Motor und pumpt Wasser hoch. Mit diesem Wasser wird in Spitzenzeiten des Stromverbrauchs Strom produziert, der teuer verkauft wird. Insofern nutzen Pumpspeicherkraftwerke im Wesentlichen den Preisunterschied zwischen Grund- und Spitzenstrom aus und betreiben die so genannte "Stromveredelung".

Durch thermische Kraftwerke, wie Kernkraft, bestimmte Typen von Kohlekraftwerke und Laufwasserkraftwerken, die fast konstante Strommengen liefern und den gleichzeitig im Tagesverlauf stark schwankenden allgemeinen Stromverbrauch, ist der Betrieb von Pumpspeicherkraftwerken wirtschaftlich durchaus sinnvoll. Sie bieten eine Möglichkeit, den "blind" ins Netz eingespeisten Strom, der zu absatzschwachen Tageszeiten entweder quasi kostenlos (bei gleichem Betreiber) oder zu vergleichsweise günstigen Preisen verfügbar ist, zeitlich versetzt in deutlich teurer zu verkaufenden Strom für Bedarfsspitzen umzuwandeln. In der Regel erreicht der Verkaufspreis bei diesem Geschäft ein Vielfaches des Einkaufspreises.

Pumpspeicherkraftwerke nehmen in der Regel täglich eine gleich bleibende Strommenge für den Pumpbetrieb ab. Ihre Existenz sichert dadurch auch einen Teil der wirtschaftlichen Risiken thermischer Kraftwerke ab, die den nachts praktisch nicht benötigten Strom überhaupt erst ins Netz einspeisen. Unter der Annahme eines weiteren Anstiegs der Stromproduktion aus Windenergie wird auch mit einer zukünftig steigenden Bedeutung von Pumpspeicherkraftwerken gerechnet, da Windenergie zumeist starken zeitlichen Schwankungen unterliegt und deshalb effektive Speichermöglichkeiten benötigt.

[Bearbeiten] Ökologie

Bedingt durch die Tatsache, dass mit dieser Kraftwerksform und dem Wirkungsgrad der Pumpen eine "unsichtbare Energievernichtung" einhergeht, sind Pumpspeicherkraftwerke jedoch energiepolitisch und ökologisch umstritten. Sie stellen zur Zeit jedoch das einzige großtechnische Verfahren dar, die prinzipiell nicht speicherbare Elektrische Energie bei Schwankungen der Nachfrage und des Angebotes zwischenzulagern. Grundsätzlich wird rein physikalisch in jedem Pumpspeicherkraftwerk mehr Energie zum Hochpumpen benötigt als durch das Wasserablassen wieder rückgewonnen werden kann (vgl. Energieerhaltungssatz). Bei modernen Werken werden immerhin fast 80 % der zugeführten Elektroenergie wieder zurückgewonnen. Allerdings verdoppeln sich die Leitungsverluste für Hin- und Rücktransport der elektrischen Energie.

Bei den von den Betreiberkonzernen angegebenen hohen Wirkungsgraden (oft 70-80 %) sollte bedacht werden, dass sich diese ausschließlich auf den Wirkungsgrad der Anlagen als Energiespeicher beziehen. Logischerweise müssten zur Berechnung eines Gesamtwirkungsgrades die Speicherbenutzung als wirkungsgradmindernder Faktor zum Wirkungsgrad des Pumpstromlieferanten (beispielsweise Kohlekraftwerke) berücksichtigt werden.

Der Bau von Pumpspeicherkraftwerken stellt einen teilweise erheblichen Eingriff in Natur und Landschaft dar.

[Bearbeiten] Liste von Pumpspeicherkraftwerken

Die Kraftwerke sind in der Reihenfolge ihrer MW-Leistung sortiert. Die jeweilige Bauzeit oder Inbetriebnahme ist an den Jahreszahlen abzulesen.

[Bearbeiten] Deutschland

In einzelnen Aufstellungen (Wasserwirtschaft, Water Power) findet man zusätzlich folgende Anlagen. Es ist allerdings zweifelhaft, ob es sich dabei tatsächlich um Pumpspeicherwerke handelt. Evtl. sind es nur Wasserkraftwerke.

• Höllbach 3 1,5 MW
• Eibele, 0,65 MW (Bayern) 1958, 1971 erweitert

[Bearbeiten] Österreich

[Bearbeiten] Schweiz

• Altendorf SZ - Sihlsee
• Linthal GL - Linth-Limmern
• Ferrera GR - Valle di Lei
• Guttannen BE/Grimsel 2 - Grimselsee
• Mapragg SG - Stausee Mapragg
• Robiei TI - Lago Robiei
• Veytaux Hongrin VS - Lac de l'Hongrin

[Bearbeiten] Luxemburg

• Pumpspeicherwerk Vianden in Vianden, 1100 MW, 1964 - Weblink

[Bearbeiten] Meerwasser-Pumpspeicherkraftanlagen

• in Japan: Kunigami Village, Okinawa - Weblink 1 und Weblink 2 (pdf)
• auf Hawaii: Koko Crater, Oahu - Weblink

[Bearbeiten] Siehe auch

Neben Pumpspeicherkraftwerken, die Wasser verwenden, gibt es noch Druckluftspeicherkraftwerke, die mit Druckluft arbeiten.

[Bearbeiten] Weblinks

• eLexikon: Pumpspeicherkraftwerke
• Bedeutung von PSKW für die Sicherheit der Stromversorgung, auch als PDF (35 kB)
• Die Rolle der Pumpspeicherwerke für die Energiezukunft Europas
• Welche Bedeutung hat die Wasserkraft für Deutschland? (PDF, 54 kB)