Liste von Pumpspeicherkraftwerken
Ein Pumpspeicherkraftwerk (auch Pumpspeicherwerk (PSW) genannt) ist eine besondere Form eines Speicherkraftwerkes und dient der Speicherung von elektrischer Energie durch Hochpumpen von Wasser. Dieses Wasser lässt man später wieder bergab fließen und erzeugt dabei mittels Turbinen und Generatoren wieder elektrischen Strom. Die elektrische Energie wird also durch Umwandlung in potentielle Energie von Wasser gespeichert und nach Umwandlung dieser potentiellen Energie in elektrische Energie wieder ins Netz gespeist. Aufgrund des begrenzten Wirkungsgrads wird die aufgenommene Energie nur zum Teil wiedergewonnen. Dennoch sind Pumpspeicherkraftwerke notwendige und unverzichtbare Energiespeicher:
- technisch zur Regelung des Stromnetzes, um ein Überangebot von elektrischer Leistung aufnehmen zu können
- wirtschaftlich, um eine gleichmäßigere Auslastung von anderen Kraftwerken, die weniger regelbar sind, zu erreichen
In Ländern mit hohem Anteil von Wasserkraft aus Speicherkraftwerken (zum Beispiel: Norwegen) werden Pumpspeicherkraftwerke kaum benötigt, da bei Stromüberschuss die Speicherwasserkraftwerke problemlos ihre Erzeugung drosseln oder ganz abschalten können, was bei Dampfkraftwerken, Windkraftanlagen, Photovoltaikanlagen und den meisten anderen Kraftwerkstypen nur mit größeren Energieverlusten bzw. höheren Kosten möglich ist.
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Funktionsweise
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Speicherung
Die Größe der Speicherkapazität in Megawattstunden ist grundsätzlich abhängig von der speicherbaren Wassermenge und dem nutzbaren Höhenunterschied zwischen dem Oberbecken und der Turbine. Bei reinen Pumpspeicherwerken ist die Speicherkapazität meist so ausgelegt, dass die Generatoren zumindest 4 bis 8 Stunden unter Volllast Strom produzieren können.
Die größten Pumpspeicherkraftwerke haben Stauseen mit hunderten Millionen Kubikmetern und können damit einen Ausgleich zwischen den Jahreszeiten herstellen, z. B. im Sommer pumpen und im Winter erzeugen.
Oberirdisch
Bei einigen Speicherbecken wurde das Füllvolumen eines natürlichen Sees mittels Staumauer oder Staudamm vergrößert (zum Beispiel beim Schluchsee). Einige Speicherbecken sind natürliche Seen ohne solche Vergrößerungen; einige wenige Speicherbecken wurden ausschließlich von Menschenhand angelegt (zum Beispiel Hornbergbecken, Eggbergbecken, Geesthacht[1]).
Es gibt Oberbecken, die ausschließlich mittels Wasserzufuhr durch Pumpen gefüllt werden, sowie solche, die (auch) durch natürlichen Zufluss gespeist werden.
Unterirdisch
2009 wurden Überlegungen bekannt, Speichervolumen in ehemaligen Bergwerken anzulegen.[2] Dies würde sich z. B. eignen, um Speicherkapazität für einen weiteren Bau von Windkraftwerken bereitstellen zu können.[3][4][5][6][7] Gelegentlich ist von 'Unterflur-Pumpspeicherkraftwerk' die Rede.[8]. Eine Sonderform des unterirdischen Pumpspeicherkraftwerks ist der Lageenergiespeicher[9], der unterirdisch und hydraulisch eine Felsmasse anhebt.
Umweltschäden und Risiken
Auch Pumpspeicherkraftwerke können einen erheblichen Eingriff in die Ökologie und ins Landschaftsbild darstellen. Da die Speicherbecken der regelmäßigen Beanspruchung und Erosion durch wechselnde Wasserstände standhalten müssen, werden diese in der Regel betoniert oder asphaltiert, wodurch sich kein natürlicher Bewuchs bilden kann. Der häufige Wasserwechsel mit einer völligen Durchmischung verhindert auch das Einstellen einer naturnahen Limnologie im Wasserkörper. Sofern die Becken durch Dämme eingestaut sind, besteht das geringe Risiko eines Dammbruches. Aufgrund der sehr großen Rohrdurchmesser kann auch ein Rohrbruch erhebliche Schäden und Überschwemmungen auslösen.
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 zwei Betriebsarten hat: bei Strombedarf arbeitet der Motor-Generator als Generator und liefert, von der Turbine angetrieben, elektrischen Strom. Das Wasser fließt dabei vom Ober- ins Unterbecken und liefert die Antriebsleistung. Bei Überschuss an elektrischer Leistung im Stromnetz arbeitet der Motorgenerator als Elektromotor und treibt die Pumpe an, welche das Wasser wieder in das Oberbecken pumpt. Beim Schließen der Absperrorgane in den Druckleitungen, z. B. beim Umschaltvorgang vom Generator- in den Pumpbetrieb kommt es zu Druckstößen. Um diese auszugleichen, gibt es möglichst nahe an der Turbine oder Pumpe ein Wasserschloss, welches diese Schwankungen ausgleicht und so Schäden an Anlagenteilen verhindert.[10]
Neben dieser klassischen Bauweise werden heute auch Pumpturbinenkraftwerke gebaut, die anstelle der Turbine und der Pumpe mit so genannten Pumpturbinen ausgerüstet sind. Bei der Pumpturbine handelt es sich um eine Strömungsmaschine, die in beiden Richtungen durchströmt werden kann und je nach Drehrichtung als Pumpe oder Turbine arbeitet.
Energiewirtschaftliche Bedeutung
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Die Fähigkeit der Pumpspeicherkraftwerke, sowohl Energie aufzunehmen als auch abzugeben, wird zur Regelung des Stromnetzes genutzt. Die Erzeugungsleistung steht wie bei Speicherwasserkraftwerken bei Bedarf innerhalb von Minuten zur Verfügung und kann in einem weiten Bereich flexibel geregelt werden. Auch der Pumpbetrieb kann flexibel auf unterschiedlich hohe Leistungsüberschüsse im Netz angepasst werden, wenn zwei voneinander getrennte Steig- und Fallrohre vorhanden sind (Schluchseewerk), oder das Prinzip des hydraulischen Kurzschlusses angewandt wird (Kopswerk II) [11].
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.
In seinem Sondergutachten „100 % erneuerbare Stromversorgung bis 2050: klimaverträglich, sicher, bezahlbar“ von Mai 2010 geht der von der Bundesregierung eingesetzte Sachverständigenrat für Umweltfragen davon aus, dass die Kapazitäten der Speicherkraftwerke insbesondere in Norwegen (allein nahezu 85 TWh Wasserbeckenkapazität der dortigen zu Pumpspeichern ausbaufähigen Speicherwasserkraftwerke) und Schweden bei Weitem ausreichen, um Schwankungen der zukünftig eingespeisten erneuerbaren Energien auszugleichen.[12] Dieses setzt aber einen erheblichen Ausbau der Nord-Süd-Netzanbindung voraus.[13] Die derzeitigen Kapazitäten in Deutschland (neuere Schätzungen im Zusammenhang mit Wind- bzw. Solargas sprechen von ca. 0,6 TWh) sind hierfür zu gering. Allerdings hat die Technologie der Druckluftspeicherkraftwerke in Deutschland ein geschätztes Potenzial von 3,5 TWh (Differenz zwischen minimalem und maximalem Speicherfüllstand), was die Erschließung der norwegischen Reserven unter Umständen ersetzen bzw. hinauszögern kann.[12] Aufgrund des niedrigeren Wirkungsgrads von Druckluftspeicherkraftwerken käme es jedoch zu größeren Energieverlusten als mit Pumpspeicherkraftwerken. Diese Problemstellung wird seit der Nuklearkatastrophe von Fukushima verstärkt diskutiert, da bedingt durch die Energiewende der Anteil ökologisch produzierten Stroms in Deutschland ansteigen wird.
Ökonomie
Bei niedrigem allgemeinen Energiebedarf und folglich niedrigen Strompreisen fungiert der Generator als stromverbrauchender Motor und pumpt Wasser in das Oberbecken. Mit diesem Wasser wird in Spitzenzeiten des Stromverbrauchs Strom produziert, der notwendig ist, um die Stromversorgung nicht kollabieren zu lassen und entsprechend teuer verkauft wird. Wenige Minuten nach der Anforderung von der Verteilerzentrale kann so ein Speicherkraftwerk stundenlang volle Leistung abgeben. Wie man der Vergleichstabelle zu Energiespeichern entnehmen kann, kann kein anderes Speicherverfahren auch nur annähernd mit den Leistungsdaten eines Pumpspeicherkraftwerks konkurrieren.
Laufwasserkraftwerke und thermische Kraftwerke wie Kernkraftwerke oder Kohlekraftwerke liefern möglichst konstante Leistung (Grundlast) und können nur innerhalb von Stunden oder Tagen hoch- und heruntergefahren werden. Dadurch und bei Teillastbetrieb sind sie nicht besonders effizient. Gleichzeitig gibt es im Tages- und Wochenverlauf einen stark schwankenden Stromverbrauch (Spitzenlast). Daher ist der Betrieb von Pumpspeicherkraftwerken wirtschaftlich sinnvoll. Sie bieten eine Möglichkeit, den z. B. nachts oder zu absatzschwachen Tageszeiten ins Netz eingespeisten Strom, der zu vergleichsweise günstigen Preisen verfügbar ist, zeitlich versetzt in deutlich teurer absetzbaren Strom für Bedarfsspitzen umzuwandeln. Der Verkaufspreis bei diesem Geschäft kann ein Vielfaches des Einkaufspreises betragen. Es war von Anfang an klar, dass dieses System technisch funktioniert, aber der ökonomische Nutzen wurde erst durch die Inbetriebnahme des Koepchenwerkes nachgewiesen.
Die Existenz von Pumpspeicherkraftwerke sichert auch einen Teil der wirtschaftlichen Risiken thermischer Grundlast-Kraftwerke ab, die so auch nachts praktisch nicht benötigten Strom ins Netz einspeisen können.
Auch durch den weiteren Anstieg der sehr unregelmäßigen Stromproduktion aus Wind- und Sonnenenergie wird mit einer steigenden Bedeutung von Pumpspeicherkraftwerken gerechnet. Problematisch ist, dass zwischen den optimalen Gebieten der Windkraftwerke an der Küste und den Standorten möglicher Pumpspeicherwerke in den Mittelgebirgen einige 100 km liegen, die zurzeit nicht durch leistungsstarke Fernleitungstrassen überbrückt sind.
Wirkungsgrad
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Grundsätzlich wird in jedem Pumpspeicherkraftwerk mehr Strom zum Hochpumpen benötigt als beim Herunterfließen wieder zurückgewonnen werden kann. Weil somit bei Pumpspeicherkraftwerken elektrische Energie verloren geht, sind sie ökologisch umstritten, zumal der Bau von Pumpspeicherkraftwerken einen teilweise erheblichen Eingriff in Natur und Landschaft darstellen kann. Sie sind jedoch zurzeit das großtechnische Verfahren mit dem höchsten Wirkungsgrad, elektrische Energie bei Schwankungen der Nachfrage und des Angebotes zwischenzuspeichern. Bei modernen Werken werden zwischen 70 % und 85 % der zugeführten elektrischen Energie wieder zurückgewonnen.[14] Hinzu kommen noch Übertragungsverluste für Hin- und Rücktransport der elektrischen Energie, welche sich in Deutschland im Durchschnitt bei unter 6% belaufen.
Oberirdische Pumpspeicherkraftwerke (Auswahl)
Die Kraftwerke sind in der Reihenfolge ihrer MW-Leistung sortiert. Die jeweilige Bauzeit oder Inbetriebnahme ist an den Jahreszahlen abzulesen.
Deutschland
In Deutschland ist eine Pumpspeicherleistung von etwa 7 GW (Gigawatt) installiert. Die Kraftwerke sind für eine Nutzungsdauer von täglich 4 – 8 Stunden ausgelegt. Daraus ergibt sich eine Gesamtspeicherkapazität von etwa 40 GWh (Stand 2010).[12][15][16]
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 Speicher- bzw. Laufwasserkraftwerke.
- Höllbach 3, 1,5 MW
- Eibele, 0,65 MW (Bayern). Das Kraftwerk Eibele / Werk III wurde 1958/61 als Pumpspeicherkraftwerk gebaut und 1971 erweitert; heute wird es nur noch als Laufwasserkraftwerk genutzt.[17]
Planungen
- Pumpspeicherkraftwerk Atdorf im Hotzenwald (Schluchseewerke AG)[18]. Es wird bei planmäßiger Fertigstellung im Jahr 2018 mit 1400 MW maximaler Leistung das größte in Europa sein. Die beiden Becken mit einem Höhenunterschied von 600 m sollen ein Stauvolumen von 9 bis 10 Millionen Kubikmeter erhalten. Das entspricht einem Arbeitsvermögen von ca. 13 GWh.[19]
- Pumpspeicherkraftwerk Riedl in Bayern.
- Die Stadtwerke Trier planen ein Pumpspeicherkraftwerk mit einer Leistung von 300 MW, Inbetriebnahme zwischen 2017 und 2021.[20]
- Die Stadtwerke Ulm/Neu-Ulm planen ein Pumpspeicherkraftwerk Blautal.[21]
- Der Energiekonzern EnBW will gemeinsam mit der Stadt Baden-Baden das Pumpspeicherwerk Forbach erweitern. Die Kapazität könnte von heute 70 Megawatt auf 270 Megawatt gesteigert werden.[22]
Rang | Name | Leistung in MW |
Regelarbeit in Mio. kWh/Jahr | Auslastung in % |
Rohfall- höhe |
Ausbau-wassermenge in m³/s |
Fertig- stellung |
Bundes- land |
Betreiber |
1 | Malta-Hauptstufe | 730,0 | 715,0 | 11 | 1106 | 80,0 | 1979 | Kärnten | Austrian Hydro Power AG |
2 | Silz | 500,0 | 495,3 | 11 | 1258 | 48,0 | 1981 | Tirol | Tiroler Wasserkraft AG |
3 | Limberg II | 480,0 | - | - | 346 | 144,0 | 2012 | Salzburg | Austrian Hydro Power AG |
4 | Kopswerk II | 450,0 | - | - | 800 | - | 2008 | Vorarlberg | Vorarlberger Illwerke AG |
5 | Reißeck II | 430,0 | - | - | 595 | 80,0 | 2014 | Kärnten | Austrian Hydro Power AG |
6 | Häusling | 360,0 | 179,4 | 6 | 696 | 65,0 | 1988 | Tirol | Austrian Hydro Power AG |
7 | Rodundwerk II | 276,0 | 486,0 | 20 | 354 | 87,0 | 1976 | Vorarlberg | Vorarlberger Illwerke AG |
8 | Lünerseewerk | 232,0 | 371,0 | 18 | 974 | 27,6 | 1958 | Vorarlberg | Vorarlberger Illwerke AG |
9 | Roßhag | 231,0 | 312,0 | 15 | 630 | 52,0 | 1972 | Tirol | Austrian Hydro Power AG |
10 | Rodundwerk I | 198,0 | 322,0 | 19 | 780 | 36,0 | 1952 | Vorarlberg | Vorarlberger Illwerke AG |
Die meisten Wasserkraftwerke in der Schweiz sind als Speicherkraftwerke ausgelegt. Folgende Liste beinhaltet jene Werke, welche auch pumpen können. Zur Zeit entstehen in den Schweizer Alpen mehrere Grosskraftwerke mit unterirdischen Leitungen und Maschinenhäusern.
Rang | Name | Standort / Kanton |
Pumpleistung in MW |
Turbinenleistung in MW |
Betreiber | Fertigstellung |
1 | Linth Limmern | Glarus | 1000 | 1480 | Axpo | 2015 (Im Bau) |
2 | Lago Bianco | Graubünden | 1000 | 1000 | REpower | 2017 (Bau steht bevor) |
3 | Nante de Drance | Wallis | 900 [23] | 900 | Alpiq, SBB | 2016 (Im Bau) |
4 | Grimsel 2 | Bern | 363 | 348 | Kraftwerke Oberhasli | 1980 |
5 | Grande Dixence | Wallis | 183 | 2100 | grande dixense sa | 1999 |
6 | Mapragg | St. Gallen | 159 | 370 | Axpo | 1978 |
7 | Hinterrhein | Graubünden | 80 | 656 | Kraftwerke Hinterrhein | 1963 |
8 | Zervreila | Graubünden | 7 | 20 | Kraftwerke Zervreila | 1958 |
Die meisten Wasserkraftwerke in Norwegen sind als Speicherkraftwerke ausgeführt. Viele von diesen Kraftwerken haben sowohl einen Ober- als auch einen Untersee, so dass sie mit relativ geringem Aufwand in ein Pumpspeicherkraftwerk umgebaut werden könnten. Aufgeführt sind hier nur Kraftwerke, die schon als Pumpspeicherkraftwerk ausgelegt sind oder wo die Beantragung oder der Ausbau zum PSKW läuft.
Rang | Name | Leistung in MW |
Pumpleistung in MW |
Speicherkapazität in GWh | Stromproduktion in GWh/Jahr | Bauzeit, Inbetriebnahme |
1 | Kraftwerk Kvilldal | 1.240 | 326[24] | 4.500(für alle Kraftwerke von Ulla-Førre) | ||
2 | Kraftwerk Tonstad | 960 | 960 (Noch nicht installiert) | 3.800 | 1968 | |
3 | Kraftwerk Saurdal | 640 | 320 | 1968 |
Luxemburg
- Pumpspeicherwerk Vianden in Vianden, 1100 MW, 1964
Polen
- Pumpspeicherwerk Porąbka-Żar in Porąbka, 500 MW, 1979
Tschechien
- Pumpspeicherwerk Dlouhé Stráně im Altvatergebirge 650 MW, 1978–1996
USA
- Das Bath-County-Pumpspeicherkraftwerk ist seit 1985 das weltweit leistungsstärkste Pumpspeicherwerk.
Meerwasser-Pumpspeicherkraftanlagen
- in Japan: Meerwasserpumpspeicherkraftwerk Okinawa Yanbaru in Kunigami, Okinawa
- auf Hawaii: Koko Crater, Oahu – Weblink
Weblinks
- Commons: Pumpspeicherkraftwerk – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
- Strom Online – Pumpspeicherwerk
- Glauser, Heini: Pumpspeicherung, CO2 und Wirtschaftlichkeit am Beispiel der Kraftwerke Oberhasli. (3,04 MB) WWF Schweiz, September 2004, abgerufen am 2. Oktober 2010 (Zahlen überwiegend aus 2001 bis 2003).
- Werner Leonhard, Andree Wenzel (2007): Flauten, Orkane und eine verfehlte Energiepolitik – wie soll das elektrische Netz das richten? (pdf-Datei) In: ew Dossier. Jg.106 2007, Heft 7, S. 52–57.
Einzelnachweise
- ↑ badische-zeitung.de, 27. November 2010, Südwest, Bad Säckingen, Katja Mielcarek: Pumpspeicherwerk Atdorf: Über die erste Hürde (28. November 2010)
- ↑ sueddeutsche.de: Windstrom aus dem Bergwerk
- ↑ maschinenmarkt.vogel.de, 21. Januar 2009, Josef-Martin Kraus: TU Clausthal – Uni erforscht Speicherung von Windenergie in alten Bergwerken (27. November 2010)
- ↑ dradio.de, Forschung Aktuell, 25. November 2010, Eugen Perau, Professor für Geotechnik an der Universität Duisburg-Essen im Gespräch mit Monika Seynsche: Großes Potenzial – Forscher schlagen Pumpspeicherwerke in Bergwerken vor (27. November 2010)
- ↑ handelsblatt.com, Industrie, Erneuerbare Energien, 8. März 2010: Energiebranche muss Milliarden in Speicher stecken (27. November 2010)
- ↑ forum-netzintegration.de, Marko Schmidt, Energie-Forschungszentrum Niedersachsen, 30. September 2009, Berlin, Impulsreferat zum Netz-Event der Deutschen Umwelthilfe: Windenergiespeicherung durch Nachnutzung stillgelegter Bergwerke (27. November 2010)
- ↑ sfv.de – Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V., 23. April 2008, Eckard Quitmann: Pumpspeicherkraftwerk unter Tage (PUSKUT) – Nutzung stillgelegter Bergwerke zur Speicherung von Energie
- ↑ google.de 322 Ergebnisse im MÄrz 2011)
- ↑ Lageenergiespeicher mit Felsmasse, nach Prof. E. Heindl
- ↑ Pumpspeicherkraftwerke Eintrag auf energieblog24.de
- ↑ Kopswerk II – Das neue Pumpspeicherkraftwerk der Vorarlberger Illwerke AG in Gaschurn-Partenen, Broschüre der Vorarlberger Illwerke Aktiengesellschaft, S. 9; abgerufen am 27. April 2011
- ↑ a b c Sachverständigenrat für Umweltfragen (2010): 100 % erneuerbare Stromversorgung bis 2050: klimaverträglich, sicher, bezahlbar, zuletzt abgerufen am 11. Jan. 2011 Referenzfehler: Ungültiges
<ref>
-Tag. Der Name „SRU“ wurde mehrere Male mit einem unterschiedlichen Inhalt definiert. - ↑ Sachverständigenrat für Umweltfragen Seite 69
- ↑ ESA – Pumped Hydro Storage (Stand April 2009)
- ↑ [1] S.157, zuletzt abgerufen am 4. Dezember 2010
- ↑ [2] Stand 24. März 2009, zuletzt abgerufen am 21. Dez. 2010
- ↑ http://www.buchenegger-wasserfaelle.de/kraftwerke.htm
- ↑ http://www.schluchseewerk.de/94.0.html
- ↑ Zentrale Ergebnisse des energiewirtschaftlichen Gutachtens zum Neubauvorhaben Pumpspeicherwerk Atdorf. PDF
- ↑ www.volksfreund.de
- ↑ swu.de
- ↑ Ausbauüberlegung Pumpspeicherwerk Forbach: Baden-Baden zeigt Interesse an einer Beteiligung Pressemitteilung vom 18. März 2011
- ↑ Eidgenössisches Departement für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation Pressemitteilung Zusatzkonzession Nant de Drance, 19. April 2011
- ↑ Einmal Fjord und zurück, Neue Energie, Heft 7/2010 PDF