Freizeitsee und Pumpspeicherprojekt
Wunsiedler See und Burgsteinsee

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

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Aufgabe von Energiespeichern im Stromnetz

Das Stromversorgungsnetz kann man sich vereinfacht vorstellen, wie ein großes Druckwassersystem, mit zahlreichen Zuflüssen (Erzeugungskraftwerken) und Abflüssen (Verbrauchern). Damit die Verbraucher gleichbleibend versorgt sind, muss der Wasserdruck im Leitungsnetz (Frequenz und Spannung im Stromversorgungsnetz) immer auf gleichem Niveau innerhalb enger Grenzen gehalten werden. Flösse zu viel zu, stiege der Wasserstand am Messpegel und damit der Druck im Leitungsnetz und es käme zur Überlastung der Verbraucher. Flösse zu wenig zu, würden Messpegelstand und Leitungsdruck sinken und die Verbraucher könnten die geforderte Leistung nicht mehr erbringen.

Würden, wie im Bild angedeutet, in das Leitungssystem rotes Wasser (Atomstrom), braunes Wasser (Braunkohlestrom), graues Wasser (Steinkohlestrom), gelbes Wasser (Strom aus Gaskraftwerken), grünes Wasser (Strom aus Heizölkraftwerken), dunkelblaues Wasser (Strom aus Laufwasserkraftwerken) und hellblaues Wasser (Strom aus Windkraft und Sonne) fließen, dann vermischt sich im Leitungsnetz der gesamte Zufluss. Kein Verbraucher kann an seinem Abfluss mehr erkennen, aus welcher Quelle das ihn antreibende Wasser kam, es hätte eine Mischfarbe. Genau so ist es mit dem Strom, den wir verbrauchen. Die Quelle unseres Stroms kann nicht mehr angegeben werden, wir beziehen einen "Energiemix".

Und genau so ist es mit dem Strom, den ein Pumpspeicher bezieht und dafür sorgt, dass Pegelstand und Wasserdruck (Frequenz und Spannung) im Leitungsnetz (im Stromnetz) konstant gehalten werden, wenn Erzeugung und Verbrauch nicht in Übereinstimmung gehalten werden können.

Bringt die Einspeisung den Pegel an den maximal zulässigen Stand, dann fließt das Wasser in den Pumpspeicher. Ohne diese Einrichtung müsste das zu viel eingespeiste Wasser am Überlauf einfach abgelassen werden (der Strom müsste vernichtet werden). Diese so aufbewahrte Energie kann dann wieder eingespeist werden, wenn der Pegel bei zu geringer Einspeisung in Richtung Mindeststand absinkt.

Nun sind Pumpspeicher keine neue Erfindung, sondern seit zig Jahrzehnten im Einsatz. Für den Energiemix unseres Landes in der Vergangenheit mit Schwerpunkt auf Kohle- und Kernkraft wurden die dafür erforderlichen Pumpspeicher längst errichtet. Würde diese Erzeugungsstruktur fortbestehen, gäbe es keinen Grund über neue Pumpspeicher  nachzudenken. Genau diese Kraftwerkslandschaft befindet sich aber in einem dramatischen Umbruch. Der Ausstieg aus der Kernkraft ist beschlossen. Der Weltgemeinschaft wurden Zusagen zur Reduzierung des  CO-2 Ausstoßes gemacht, welche mit unseren Kohlekraftwerken nicht erreichbar sein werden. Die Stromproduktion dieser Kraftwerke soll mit regenerativen Methoden ersetzt werden. Das sind in erster Linie Windkraft aber auch Biomasse (in Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion) und (derzeit in noch unbedeutendem Umfang) Solarstrom.

Mit diesen regenerativen Energien lässt sich der Strom noch viel weniger verbrauchsgerecht erzeugen, als mit den konventionellen Kraftwerken, von denen wir uns verabschieden wollen. Um Druck und Pegelstand in unserem Leitungsnetz konstant zu halten, ist es deshalb notwendig, viel mehr Speicher als bisher anzubringen, um Überproduktion (Starkwindzeiten) aufnehmen und fehlende Produktion (Flautezeiten) ausgleichen zu können. Das ist der Grund, warum unsere Energiewirtschaft nach Pumpspeichern sucht und bestehende Anlagen ausbaut und auf modernsten Stand bringt. Würden wir das nicht tun, dann müsste zu viel produzierter Strom vernichtet werden (der Überlauf führt zu einem Wasserfall) und zusätzliche Erzeugungskapazität für Flautezeiten müsste geschaffen werden (z.B. Gaskraftwerke, was heute bereits in hohem Maße der Fall ist).

Dass Pumpspeicher Verluste haben und nicht mehr Strom erzeugen können, als vorher in sie eingespeichert wurde ist selbstverständlich. Wie bereits ausführlich erklärt, hat ein Speicher auch nicht die Aufgabe Strom aus Primärenergie zu erzeugen.

Trotzdem wird die Verwendung eines Speichers zu einer Reduzierung des Primärenergieverbrauchs führen, weil die anderen Kraftwerke dadurch immer optimal (bei bestem Wirkungsgrad) arbeiten können.

Ein sehr anschauliches Beispiel ist der Einsatz von Hybridfahrzeugen (welche gerade die Wertschätzung umweltbewusster Personengruppen genießen). Diese Fahrzeuge haben einen Stromspeicher (Akkumulator, auch Batteriesatz genannt) an Bord, der auf die Energieanforderungen eines Fahrzeugs bezogen genau das leistet, wie ein Pumpspeicher in der großen Stromwirtschaft.

Der Verbrennungsmotor eines Hybridautos läuft bei guter Auslegung stets an einem Betriebspunkt mit bestem Wirkungsgrad, unabhängig von der Leistungsanforderung des aktuellen Fahrzustandes. Zusätzlich vermeidet der Hybridbetrieb die Vernichtung überschüssiger Energie durch Bremsen (was die Bewegungsenergie des Fahrzeugs in verlorene Wärme überführt). Statt dessen wird Bewegungsenergie zur Aufladung des Akkumulators verwendet (was die Bewegungsenergie in chemisch gebundene Energie überführt). Diese chemisch gebundene Energie kann anschließend wieder in Strom umgewandelt und zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet werden. Auch dieser Prozess hat einen ähnlichen Wirkungsgrad wie ein Pumpspeicher. Zwanzig bis dreißig Prozent der so beim Laden des Akkus anfallenden Energie gehen verloren.

Ohne diese Technik wären 100% verloren!

Trotz dem ein Hybridfahrzeug (wegen der mitgeführten Batterien) schwerer ist als ein rein mit Verbrennungsmotor betriebenes Fahrzeug, kann es bei einem Betrieb mit häufigen Lastwechseln sparsamer betrieben werden. Mit häufigen Lastwechseln haben wir es auch bei der Stromversorgung zu tun. Die Windkraft als Erzeugungsquelle mit ihren extremen Schwankungen tut ihr übriges dazu, dass Speicher notwendig sind um die Erzeugung an den Bedarf angleichen zu können.

Man kann sich das so vorstellen, als hätte man einen Motor, der nicht ordentlich läuft. Einmal bringt er volle Leistung, dann fällt er wieder ab, spuckt und stottert, plötzlich entfaltet er wieder die Leistung. Früher gab es Autos, die manchmal solche Zicken machten. Würde dieser unrund laufende Motor einen Akku speisen und der wiederum über Elektromotor das Fahrzeug antreiben (das ist ein Hybridantrieb), dann könnte trotz unpassender Leistungsentfaltung des Motors ganz normal gefahren werden. Genau das ist die Herausforderung, vor die uns die Windkraft mit zunehmendem Einsatz in der Stromwirtschaft stellt.

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