Pumpspeicherkraftwerk
Ein Pumpspeicherkraftwerk (PSW), auch Pumpspeicherwerk genannt, ist eine spezielle Art von Wasserkraftwerk. Pumpwasserkraftwerke speichern Energie, wenn im Energienetz viel davon zur Verfügung steht, und speisen sie bei Bedarf wieder in dieses zurück. Dazu transportieren Pumpen große Wassermassen von einem tief gelegen Reservoir, dem sogenannten Unterbecken, in ein höher gelegenes, das Oberbecken. Das passiert, wenn die Stromverfügbarkeit hoch ist. In der Regel ist das primär nachts der Fall. Bei geringer Verfügbarkeit, beispielsweise zu Stoßzeiten, wird das Wasser im Pumpspeicherkraftwerk über ein Rohrsystem durch Turbinen in das Unterbecken geleitet. Die Turbinen wandeln diese kinetische Energie wiederum in elektrische um. So wird der Strom bei Bedarf zur Verfügung gestellt. Diese Flexibilität ist ein großer Vorteil der Speicherkraftwerke.
Bekannte Pumpspeicherwerke
- Das wahrscheinlich erste Pumpspeicherkraftwerk der Welt ging 1863 in der Schweiz in Betrieb. Damals wurden die Wassermassen nicht zum Generieren elektrischer Energie genutzt, sondern für den mechanischen Antrieb der Webmaschinen einer Weberei.
- Vorreiter moderner Pumpspeicherkraftwerke in Deutschland sind das PSW Niederwartha und das Köpchenwerk, beide gingen 1930 ans Netz.
- Deutschlands größtes Pumpspeicherkraftwerk, das Kraftwerk Goldisthal, wird seit 2004 betrieben. Es hat eine Netto-Nennleistung von 1.052 Megawatt. Das zweitgrößte PSW mit einer Nennleistung von 1.045 Megawatt befindet sich in Sachsen in Makersbach. Beide Anlagen werden von Vattenfall betrieben.
- Das größte Pumpspeicherwerk der Welt liegt in den USA in Bath County, wo es jährlich etwa 3.000 Gigawatt elektrische Energie speichert.
Wie funktioniert ein Pumpspeicherwerk?
Strom kann in seiner reinen Form nicht gespeichert werden. Daher muss die elektrische Energie zunächst in eine andere Energieform umgewandelt werden. Selbst (wiederaufladbare) Batterien wandeln Strom in elektrochemische Energie um. Strom ist also eine flüchtige Energieform, die sich nicht einfach in einem Behälter speichern lässt. Ein PSW ist gewissermaßen eine Schwerkraftbatterie.
In einem PSW wird Energie an mehreren Stellen umgewandelt. Zunächst wird durch die Aktivierung der Pumpen, die Wasser vom Unterbecken ins Oberbecken transportieren, Strom in Lageenergie des Wassers transformiert. Anschließend treibt das Wasser die Turbinen an und erzeugt so kinetische Energie. Die Turbinen selbst wandeln diese Kraft über einen Generator wieder in elektrische Energie um. Bei jeder Umwandlung geht dabei ein Teil der Energie verloren. Der durchschnittliche Wirkungsgrad eines Pumpspeicherwerks in Deutschland beträgt daher etwa 70 Prozent.
Laufwasserkraftwerke sind, wie Pumpspeicher auch, Wasserkraftwerke. Sie nutzen die Strömung eines Flusses oder Bachs, um elektrische Energie zu erzeugen. Das Kraftwerk verfügt zumeist über eine Turbine, die durch das Wasser angetrieben wird. Dieses wird vorher oft durch einen Staudamm oder eine Wehranlage in das Kraftwerk geleitet.
Das Wasser fließt hierbei kontinuierlich durch das Kraftwerk und treibt die Turbine an, die wiederum einen Generator antreibt, um elektrische Energie zu erzeugen. Laufwasserkraftwerke nutzen im Gegensatz zu den Speicherkraftwerken also natürlich fließendes Wasser und müssen keine Energie aufwenden, um Wassermassen von einem Becken ins andere zu pumpen. Die Gemeinsamkeit: In beiden Fällen wird eine Turbine mit Wasserkraft angetrieben, die über einen Generator elektrische Energie erzeugt.
Leistung deutscher Pumpspeicherkraftwerke
In Deutschland sind über 30 Pumspeicheranlagen in Betrieb. Im Jahr 2022 speisten sie zusammen 6 Terawattstunden Strom ins Netz und tragen so ihren Beitrag zu einem effizienteren Stromnetz bei.
Unterschiedliche Arten von Speichern
Neben Pumpspeicherwerken sind in Deutschland weitere Speicherkraftwerke im Einsatz. Dazu zählen: Druckluftspeicherkraftwerke, Talsperren, Wasserstoffspeicherkraftwerke, Pufferspeicher.
Pumpspeicherkraftwerke und die Energiewende
Erneuerbare Energien wie Windkraft und Photovoltaik unterliegen natürlichen Schwankungen, die sich aus sich ständig ändernden Wetterverhältnissen ergeben. Windkraftanlagen liefern bei entsprechenden Windverhältnissen mehr Strom und Photovoltaikanlagen bei optimaler Sonneneinstrahlung. Darüber hinaus sind beide Quellen standortabhängig. Sie können daher nicht mehr Strom produzieren, wenn die Nachfrage steigt. Außerdem können sie auch nicht immer dort aufgestellt werden, wo die Nachfrage hoch ist, wie das zum Beispiel in Ballungszentren der Fall ist.
Pumpspeicherkraftwerke haben klare Vorteile, wenn es darum geht, sehr schnell und flexibel auf diese Schwankungen zu reagieren. Sobald das Energieangebot hoch ist, weil etwa gerade viel Energie aus Windkraftanlagen eingespeist wird, pumpen sie Wasser ins Oberbecken. Bei Bedarf speisen sie einen Teil der Energie zurück.
Pumpspeicherkraftwerke unterstützen die Energiewende und ermöglichen die relativ effiziente Speicherung von erneuerbaren Energien. Allerdings haben diese Wasserkraftwerke nicht nur Vorteile. Umweltschützer bemängeln vor allem die Auswirkungen der Speicher auf die unmittelbare Umgebung.
Die Kraftwerke werden dort errichtet, wo Wasser durch natürliche Gegebenheiten verfügbar ist. Sie entnehmen das Wasser aus der Umwelt und führen es wieder zurück. Dadurch kommt es zu unnatürlichen Schwall- und Sinkentwicklungen, auf die Tiere nicht vorbereitet sind. Der Bau und Betrieb der Anlagen geht also oft mit dem Eingriff in Naturräume einher. Das ist ein klarer Nachteil für die Umwelt. Darüber hinaus kann der Betrieb eines Pumpspeicherkraftwerks auch Auswirkungen auf die örtliche Wasserversorgung haben, wenn übermäßig viele Wasserressourcen im System gebunden sind.
Eine derzeit diskutierte mögliche Alternative könnte darin bestehen, Pumpspeicherkraftwerke in stillgelegten Bergwerken zu errichten. Dort würde der Betrieb weniger Nachteile auf die Umwelt haben. Die sogenannten Underground Gravity Energy Storage (UGES) erzeugen Strom, indem die potenzielle Energie von Sand durch das Absenken in den Minenschacht nutzbar gemacht wird. Das passiert in Zeiten hoher Strompreise. Ist der Strom dagegen günstig oder die Nachfrage gering, wird der Sand mithilfe von Elektromotoren wieder in höher liegende Reservoire befördert.
