„Pumpspeicherkraftwerk“ – Versionsunterschied
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Eine Flotte von Elektroautos bietet mit dem [[V2G]] (Vehicle to Grid) Konzept ebenfalls die Möglichkeit zur Speicherung von Netzregelenergie in Akkumulatoren. |
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Am 21. September 2009 wurde im US-Bundesstaat Delaware als erstem Staat der Welt ein Gesetz verabschiedet, das Eigentümern von Elektrofahrzeugen eine Vergütung für zurückgespeiste Energie zusichert, die dem tageszeitabhängigen Stromtarif entspricht. Damit kann der Fahrzeughalter mit dem notwendigen bidirektionalen Stromzähler erstmals praktisch als Stromhändler fungieren, indem er seine Batterien mit günstigem Nachtstrom auflädt und diese zu Spitzenzeitenverbrauchszeiten wieder entlädt. Der Originalwortlaut des Gesetzes lautet: "For electric customers with time of use rates, the kWh rate for charging and discharging shall be the rate in effect when charging or discharging occurs."<ref>[http://phoenix.state.de.us/LIS/LIS145.NSF/93487d394bc01014882569a4007a4cb7/5ec44e11fb0a0d25852575d00051fd19?OpenDocument 21. September 2009 Delaware State Senate Bill 153]</ref> Für eine effektive und effiziente Funktion des V2G-Konzeptes muss der Fahrzeugbesitzer dem Netzbetreiber die zentrale Kontrolle über die Lade- und Entladevorgänge überlassen. |
Am 21. September 2009 wurde im US-Bundesstaat Delaware als erstem Staat der Welt ein Gesetz verabschiedet, das Eigentümern von Elektrofahrzeugen eine Vergütung für zurückgespeiste Energie zusichert, die dem tageszeitabhängigen Stromtarif entspricht. Damit kann der Fahrzeughalter mit dem notwendigen bidirektionalen Stromzähler erstmals praktisch als Stromhändler fungieren, indem er seine Batterien mit günstigem Nachtstrom auflädt und diese zu Spitzenzeitenverbrauchszeiten wieder entlädt. Der Originalwortlaut des Gesetzes lautet: "For electric customers with time of use rates, the kWh rate for charging and discharging shall be the rate in effect when charging or discharging occurs."<ref>[http://phoenix.state.de.us/LIS/LIS145.NSF/93487d394bc01014882569a4007a4cb7/5ec44e11fb0a0d25852575d00051fd19?OpenDocument 21. September 2009 Delaware State Senate Bill 153]</ref> Für eine effektive und effiziente Funktion des V2G-Konzeptes muss der Fahrzeugbesitzer dem Netzbetreiber die zentrale Kontrolle über die Lade- und Entladevorgänge überlassen. |
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Eine vom Klimafonds Österreich in Auftrag gegebene Studie hat für Österreich analysiert, dass ein Elektroautoanteil von 20 % aller Fahrzeuge eine Akkukapazität aufweist, die abzüglich der tatsächlich zur Fortbewegung notwendigen Energie noch 16 TWh zur Netzregelung zur Verfügung stellt. Dies entspricht laut Studie 17 % des Gesamtstromverbrauchs in Österreich, zur Netzregelung reichen laut der von [[PricewaterhouseCoopers]] durchgeführten Studie 5–8 % des Strombedarfs.<ref>[http://www.klimafonds.gv.at/typo3conf/ext/dam_download/secure.php?u=0&file=757&t=1252747464&hash=0455d6966d80524140a3b3a8d1635442 Klimafonds Österreich: Auswirkungen von Elektrofahrzeugen auf die Stromwirtschaft]</ref> |
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== Liste von Pumpspeicherkraftwerken == |
== Liste von Pumpspeicherkraftwerken == |
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Version vom 26. September 2010, 10:07 Uhr
Ein Pumpspeicherkraftwerk (auch Pumpspeicherwerk (PSW) genannt) ist eine besondere Form eines Speicherkraftwerkes und dient der Speicherung von elektrischer Energie durch Umwandlung in potentielle Energie von Wasser. Ein Pumpspeicherwerk ist kein Kraftwerk im herkömmlichen Sinn, weil es per Saldo keinen Strom erzeugt, sondern immer Strom wegen der mit der Zwischenspeicherung verbundenen Wirkungsverluste verbraucht. Es ist ein zur Netzregelung notwendiger Stromverbraucher.
Funktionsweise
Speicherung
Zu Zeiten, in denen ein „Überschuss“ an elektrischer Energie vorhanden ist (in der Regel nachts), wird Wasser über Pumpen 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 Wasserpumpen 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.
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 Umschaltvorgang vom Generator- in den Pumpbetrieb kann es zu großen Druckschwankungen kommen. Um diese auszugleichen gibt es in der Staumauer im Oberbecken ein Wasserschloss, welches die Schwankungen ausgleicht und so sicherstellt, dass keine Anlagenteile beschädigt werden[1].
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
Die Fähigkeit der Pumpspeicherkraftwerke, sowohl Energie aufzunehmen als auch abzugeben, wird zur Regelung des Stromnetzes genutzt. In Deutschland ist eine Pumpspeicherleistung von etwa 7 GW (Gigawatt) installiert, die bei einer Jahreslaufzeit von 1070 h eine Stromerzeugung von 7,5 TWh (Terawattstunden) als so genannte „Regelenergie“ liefert. Dabei beträgt die Kapazität beim einmaligen vollständigen Entleeren der Speicherbecken 0,04 TWh[2].
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.
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 in Pumpspeicherkraftwerken insbesondere in Norwegen (allein nahezu 85 TWh Wasserbeckenkapazität der dortigen zu Pumpspeichern ausbaufähigen Speicherwasserkraftwerke) und Schweden bei Weitem ausreichen, um Schwankungen der zukünftig eingespeisten Windenergie auszugleichen. Die derzeitigen Kapazitäten in Deutschland 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 kann.[2]
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.
Das Pumpspeicherkraftwerk Langenprozelten arbeitet ausschließlich mit Bahnstrom (16 2/3 Hertz), in Schwachlastzeiten wird Wasser in das Oberbecken gepumpt. Die Betriebskosten sind geringer als der Einkauf von teurem Spitzenstrom aus dem Stromnetz.
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 Tabelle 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. In der Regel erreicht der Verkaufspreis bei diesem Geschäft ein Vielfaches des Einkaufspreises. Es war von Anfang an klar, dass dieses System technisch funktioniert, aber der ökonomische Nutzen wurde erst durch die Inbetriebnahme des Koepchenwerkes nachgewiesen.
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 so auch nachts praktisch nicht benötigten Strom ins Netz einspeisen können.
Auch durch den weiteren Anstieg der sehr unregelmäßigen Stromproduktion aus Windenergie wird mit einer steigenden Bedeutung von Pumpspeicherkraftwerken gerechnet, da Windenergie zumeist starken zeitlichen Schwankungen unterliegt und deshalb Speichermöglichkeiten benötigt. 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
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 darstellt. 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.[3] Hinzu kommen noch geringe Leitungsverluste für Hin- und Rücktransport der elektrischen Energie.
Das Hoch- und Herunterfahren konventioneller Kraftwerke würde wesentlich größere Verluste als diejenigen der Pumpspeicherwerke verursachen.
Alternativen
Druckluftspeicher
Neben Pumpspeicherkraftwerken, die Wasser verwenden, gibt es auch Druckluftspeicherkraftwerke, die mit Druckluft arbeiten. Diese haben jedoch momentan noch einen insbesondere bei großem Druckunterschied deutlich schlechteren Wirkungsgrad von nur etwa 50 %. Neue Konzepte und Anlagen mit Wirkungsgraden von bis zu 75 % befinden sich derzeit in Planung bzw. im Bau[4].
Wasserstoff
Die Erwartungen in die Energiespeicherung in Wasserstofftanks sind meist sehr übertrieben, denn die Berechnung ergibt eine Speichereffizienz von weniger als 20 %.
Hubspeicherkraftwerk
Eine weitere Alternative stellt ein Hubspeicherkraftwerk dar. Hubspeicherkraftwerke verwenden Masseträger, die mit Hilfe von elektrischer Energie angehoben werden. Die Energie dieser Masse wird durch deren Absenken über die Schwerkraft mittels Generatoren wieder in Strom umgewandelt.
Vehicle to Grid
Eine Flotte von Elektroautos bietet mit dem V2G (Vehicle to Grid) Konzept ebenfalls die Möglichkeit zur Speicherung von Netzregelenergie in Akkumulatoren.
Am 21. September 2009 wurde im US-Bundesstaat Delaware als erstem Staat der Welt ein Gesetz verabschiedet, das Eigentümern von Elektrofahrzeugen eine Vergütung für zurückgespeiste Energie zusichert, die dem tageszeitabhängigen Stromtarif entspricht. Damit kann der Fahrzeughalter mit dem notwendigen bidirektionalen Stromzähler erstmals praktisch als Stromhändler fungieren, indem er seine Batterien mit günstigem Nachtstrom auflädt und diese zu Spitzenzeitenverbrauchszeiten wieder entlädt. Der Originalwortlaut des Gesetzes lautet: "For electric customers with time of use rates, the kWh rate for charging and discharging shall be the rate in effect when charging or discharging occurs."[5] Für eine effektive und effiziente Funktion des V2G-Konzeptes muss der Fahrzeugbesitzer dem Netzbetreiber die zentrale Kontrolle über die Lade- und Entladevorgänge überlassen.
Liste von Pumpspeicherkraftwerken
Die Kraftwerke sind in der Reihenfolge ihrer MW-Leistung sortiert. Die jeweilige Bauzeit oder Inbetriebnahme ist an den Jahreszahlen abzulesen.
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
Die Schluchseewerk AG plant derzeit im Hotzenwald das neue Pumpspeicherkraftwerk Atdorf[6]. 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 9 oder 10 Millionen Kubikmeter Inhalt haben. Das entspricht einem Arbeitsvermögen von ca. 13 GWh.
| 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 |
(Auswahl)
- Altendorf SZ/Einsiedeln – Sihlsee
- Linthal GL – Linth-Limmern
- Ferrera GR – Valle di Lei
- Guttannen BE/Grimsel 2 – Grimselsee
- Mapragg SG – Stausee Mapragg
- Peccia TI – Lago del Sambuco
- Robiei TI – Lago Robiei
- Hongrin VD – Lac de l'Hongrin
- Grande Dixence VS
- Cleuson-Dixence VS 1200 MW
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
Quellen
Werner Leonhard, Andree Wenzel (2007): „Flauten, Orkane und eine verfehlte Energiepolitik – wie soll das elektrische Netz das richten?“, in: ew Dossier Jg.106 , Heft 7, S. 52-57
- ↑ Pumpspeicherkraftwerke Eintrag auf energieblog24.de
- ↑ a b Sachverständigenrat für Umweltfragen (2010): 100% erneuerbare Stromversorgung bis 2050: klimaverträglich, sicher, bezahlbar, zuletzt abgerufen am 20. Sept. 2010
- ↑ ESA – Pumped Hydro Storage
- ↑ Faszination Wissen vom 16. Mai 2010
- ↑ 21. September 2009 Delaware State Senate Bill 153
- ↑ http://www.schluchseewerk.de/94.0.html
