Freizeitsee und Pumpspeicherprojekt
Wunsiedler See und Burgsteinsee

© Dr.-Ing. Matthias Popp, Burgstraße 19, D-95632 Wunsiedel,

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Funktionsprinzip eines Pumpspeicherkraftwerks

Klassisches Pumpspeicherkraftwerk mit Ausnutzung natürlich vorhandener Höhenunterschiede

mehr zu RingwallspeichernIm Gegensatz zu konventionellen Pumpspeicherkraftwerken in Gebieten mit natürlichen Höhenunterschieden, können Ringwallspeicherkraftwerke auch im flachen Land oder im Meer errichtet werden.

Bei Stülpmembranspeichern wird anstelle von Wasser ein großer, ummantelter  unterirdischer Erdkolben angehoben und abgesenkt.
Diese können verbrauchsnah errichtet werden und zusätzlich als Wärmespeicher dienen.

Ein Pumpspeicherkraftwerk ist ein Energiespeicher.

Der Speicher wird aufgeladen, indem ein Motor eine Pumpe antreibt und Wasser von einem niedrigen Niveau in ein hohes Niveau pumpt.

Damit findet eine Umwandlung von elektrischer Energie in Energie der Lage (potentielle Energie) statt.

Die so gespeicherte Lageenergie wird zurück gewonnen, indem das Wasser vom hohen Niveau durch die Turbine zurückläuft und den Generator antreibt.

Die potentielle Energie wird damit wieder in elektrische Energie zurückverwandelt.

 

Mit einem Pumpspeicherkraftwerk wird keine Energie gewonnen oder erzeugt, sondern Energie wird gespeichert und zeitversetzt wieder abgegeben.

Ein Pumpspeicher wird aufgeladen wenn andere Kraftwerke mehr Strom produzieren, als die Endverbraucher abnehmen.

Ein Pumpspeicher liefert Strom, wenn die Endverbraucher mehr Leistung benötigen, als andere Kraftwerke erzeugen.

 

Warum braucht man so etwas überhaupt?

Strom muss immer genau in dem Moment erzeugt werden, in dem er gebraucht wird.

Es funktioniert leider nicht, dass Strom in einem Kraftwerk erzeugt und in eine Stromleitung geschickt wird um dort darauf zu warten, dass er verbraucht wird.

Würde in den Kraftwerken mehr Strom erzeugt, als gebraucht wird, dann stiegen die Verluste im Stromnetz an. Spannung und Frequenz würden das Toleranzband, für das die elektrischen Geräte ausgelegt sind, verlassen und dort zu Schäden und Ausfällen führen. Innerhalb enger Toleranzen ist das zulässig und technisch nicht anders realisierbar. Die elektrischen Geräte sind darauf ausgelegt.

Würde die Überproduktion jedoch zu hoch, dann käme es zu Beschädigungen, Notabschaltungen und nicht mehr beherrschbaren Zuständen im Stromnetz. Glühlampen würden dann heller brennen und Lebensdauer einbüßen, Herde heißer werden, Elektronik könnte versagen, Stromzähler würden einen höheren Verbrauch messen.

Würde auf der anderen Seite weniger Strom erzeugt, als zeitgleich benötigt wird, dann käme es zu umgekehrten Effekten. Diese würden ebenso nicht mehr kontrollierbare Auswirkungen, Ausfälle und Schäden nach sich ziehen.

Deshalb ist es wichtig, die Stromerzeugung stets genau dem gleichzeitigen Verbrauch anzupassen.

Und genau das ist mit vielen Kraftwerken, die bei uns den Strom produzieren, gar nicht so einfach.

 

Pumpspeicher zählen in diesem Zusammenhang zu den am besten steuerbaren Kraftwerken.

Innerhalb von Sekunden kann Überspannung aus dem Stromnetz abgebaut werden, indem die Pumpen in Betrieb genommen werden.

Innerhalb von Sekunden können umgekehrt bei Spannungsabfall die Wasserhähne geöffnet, das Wasser zu Tal gelassen und fehlender Strom eingespeist werden.

 

Gäbe es im Falle von Stromüberproduktion keine Speicher, die diese Mengen aufnehmen könnten, dann müssten Einrichtungen zur Stromvernichtung geschaffen werden, um Überspannungsschäden bei den Verbrauchern zu vermeiden.

Könnte plötzlicher Strommangel nicht durch schnell abrufbare Speicher oder Erzeugungseinheiten ausgeglichen werden, dann wären Notabschaltungen von Verbrauchern die Folge.

 

Bewertung gängiger Kraftwerkstypen

Kraftwerkstypen

allgemeine Eigenschaften Anfahr-zeitbedarf

Erzeugungs-kosten

Regelbarkeit allgemeine Überlegungen

große Dampfkraftwerke

  • Kern-kraftwerke

  • Kohle-kraftwerke

Erzeugen preisgünstigen Strom aus preisgünstig verfügbarer Primärenergie in großen Mengen. Sie sind  Grundlastkraftwerke. Wenige Stunden bis mehrere Tage (nach Brenn-elemente-wechsel)

Kernkraft

ca. 2 Ct/kWh

= 20 €/MWh

 

Kohle-kraftwerk

ca. 5 .. 6 Ct/kWh

= 50 .. 60 €/MWh

Nur in begrenztem Umfang vorhanden. Betrieb am besten bei gleichmäßiger und hoher Leistungsabgabe am Auslegungspunkt. Kurzfristiges Anfahren innerhalb weniger Minuten ist nicht möglich. Kurzfristiges Abschalten im Normalbetrieb ist nicht vorgesehen. Bei Kernkraftwerken ist die Endlagerung der abgebrannten Brennstoffe nicht gelöst.

Kohlekraftwerke produzieren das Klimagas Kohlendioxyd.

Energiereserven sind für mehrere Generationen nachgewiesen.

Gas- und Heizölkraftwerke Erzeugen kostspieligeren Strom aus hochwertigen Primärenergien. Bis zu 15 Minuten

ca. 9 Ct/kWh

= 90 €/MWh

In großem Umfang vorhanden. Steigern und Zurücknehmen von Leistung um mehrere Prozent der Nennleistung pro Minute sind möglich. Abhängigkeit von Lieferstaaten für Erdgas und Erdöl. Schwer voraussagbare Preisentwicklung mit erwarteten weiteren Steigerungen. Ausstoß des Klimagases Kohlendioxyd.

Endlichkeit der Energiereserven zeichnet sich ab.

Windkraftanlagen Liefern "kostenlosen" Strom wenn der Wind bläst. Erzeugungsleistung kann von Meteorologen nach Wahrscheinlichkeiten vorhergesagt werden sofern ein Wind geht in wenigen Minuten

 

Reduzierung der abgenommenen Leistung und Abschaltung sind kurzfristig möglich. Kein Primärenergie-einsatz, nach der Investition bleiben nur noch die Kosten zur Erhaltung der Betriebsbereitschaft.

Landschaftsprägende Anlagen.

Laufwasser-kraftwerke Erzeugen "kostenlosen" Strom. Menge hängt vom Volumenstrom und dem nutzbaren Gefälle ab. Einige Sekunden bis wenige Minuten

 

Sofern Schwallbetrieb und Regelbarkeit vorgesehen, dann um mehrere Prozent der Nennleistung pro Sekunde Zur Erzeugung großer Energiemengen sind große Volumenströme bei gleichzeitig großen Höhenunterschieden notwendig. Diese Verhältnisse werden in Deutschland nicht bedeutsam angetroffen.
Pumpspeicher-kraftwerke Erzeugen nicht selbst, sondern speichern Strom Einige Sekunden bis wenige Minuten

 

Um mehrere Prozent der Nennleistung pro Sekunde Erfordern nahe beieinander liegende Berg- und Tallagen mit möglichst großem Höhenunterschied und der Möglichkeit, große Wassermengen zu speichern und auszutauschen.

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