Speicherkraftwerk (Wasser)

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Staumauer des Speicherkraftwerkes Dobra von der eine 3 km lange Triebwasserleitung das Wasser zum Krafthaus leitet

Als Speicherkraftwerk (vollständige Bezeichnung Wasserspeicherkraftwerk oder Speicherwasserkraftwerk) wird im Zusammenhang mit der Wasserkraft ein Speicherkraftwerk bezeichnet, das elektrische Energie in Form von potentieller Energie (Lageenergie) von Oberflächenwasser speichert.

Zu diesem Zweck wird in Zeiten des Energie-/Wasserüberschusses das Wasser eines Fließgewässers zu einem Stausee aufgestaut, aus dem es in Zeiten von erhöhtem Energiebedarf abfließen und in einem Wasserkraftwerk elektrischen Strom erzeugen kann. Beim Pumpspeicherkraftwerk kann auch das Wasser unter Aufwendung von Energie in den Stausee gepumpt werden.

Wasserspeicherkraftwerke dienen – wie alle Speicherkraftwerke – vor allem der Deckung von Spitzenleistung und im Rahmen der Netzregelung tragen sie zur Aufrechterhaltung der Regelleistung bei.

Vom Laufwasserkraftwerk grenzen sich Speicherkraftwerke dadurch ab, dass erstere nur über ein sehr geringes nutzbares Speichervolumen verfügen. Beim Laufwasserkraftwerk haben eventuell vorhandene Staubauwerke primär die Aufgabe, die Fallhöhe für die Turbinen zu erhöhen. Da es auch Laufwasserkraftwerke gibt, die den Füllstand in einem bestimmten Bereich variieren können (Schwellbetrieb), gibt es keine scharfe Grenze zwischen Laufwasserkraftwerken und Speicherwasserkraftwerken.

Motivation[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Bau von Speicherkraftwerken hat mehrere Gründe. Elektrische Stromnetze können keine elektrische Energie speichern. Der Verbrauch und die Energiegewinnung in Kraftwerken sollen möglichst im Gleichgewicht sein. Durch Abweichung vom Gleichgewichtszustand kommt es zu Netzstörungen und im Extremfall zu einem Netzzusammenbruch. Herkömmliche Kraftwerke können, technologisch und prinzipbedingt, nicht entsprechend schnell genug auf Verbrauchsschwankungen reagieren bzw. bei kurzzeitigen hohen Verbrauchsspitzen schnell genug Leistung zur Verfügung stellen. Diese Aufgabe übernehmen Speicherkraftwerke. Sie dienen als Wasser- und Energiespeicher. Technisch sind sie so gestaltet, dass sie in kurzer Zeit bedarfsmäßig elektrische Leistung liefern können. Der Leistungsbereich liegt je nach Anlage von einigen Megawatt bis zu über 1000 MW und reicht meist für mehrere Stunden im Volllastbetrieb aus.

Die Funktion als Wasserspeicher kann sowohl der wasserwirtschaftlichen Regulierung als auch speziellen Aufgaben wie der Vorratshaltung in der Trinkwasserversorgung dienen. So wurde der Sylvensteinspeicher in Bayern ursprünglich zum Hochwasserschutz gebaut.[1] Hier hat, wie in manchen anderen Fällen, die Nutzung der Wasserkraft nur eine untergeordnete Bedeutung.

Darüber hinaus gilt diese Art der Energieerzeugung als Erneuerbare Energie und somit als klimafreundlich. Eine spezielle Technik sind Meerwasserpumpspeicherkraftwerke.

Aufbau eines Speicherkraftwerks mit Wasser[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Rohrleitungen des Kraftwerks Walchensee

Stauanlage[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das Wasser wird in einem „Stausee“ genannten Becken gesammelt. Dieser See ist entweder natürlichen Ursprungs oder entsteht durch Aufstauen mit einer Staumauer oder einem Staudamm. Der Stausee wird durch einen natürlichen Zufluss gespeist, zusätzlich werden oft Stollen zu den Einzugsgebieten anderer Flüsse errichtet, um die zufließende Wassermenge zu erhöhen. Wird das Wasser zusätzlich oder ausschließlich durch Pumpen in das Oberbecken (Stausee) befördert, spricht man von einem Pumpspeicherkraftwerk.

Triebwasserzuführung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das Wasser wird gespeichert und bei Bedarf durch einen Druckstollen und / oder über Druckrohrleitungen, zum tiefer gelegenen Maschinenhaus geleitet. Auf dem letzten Teilstück der Druckleitung, oft auch im Übergangsbereich zwischen Stollen und Rohrleitung, befindet sich häufig ein Wasserschloss.

Maschinenhaus[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Rohrleitungen münden im Maschinenhaus, wo der Wasserdruck bis zu 200 bar beträgt. Das Wasser trifft hier auf die Turbine, versetzt sie in Rotation und überträgt seine potentielle Energie auf die Turbine. Diese treibt den Generator an, der den elektrischen Strom produziert. Danach gelangt das Wasser in das Unterbecken. Das Unterbecken ist oft selbst ein Stausee, der seinerseits wieder als Oberbecken für weitere Wasserkraftwerke verwendet wird. In Speicherkraftwerken werden je nach Fallhöhe und verfügbarer Wassermenge entweder Francis-Turbinen oder Pelton-Turbinen verwendet.

Merkmale[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Abhängig vom Füll-/Entleerungsrhythmus werden Speicherkraftwerke in Tages-, Wochen-, Monats- und Jahresspeicher unterteilt. Besonders in den Alpen fungieren Speicherkraftwerke häufig als Jahresspeicher. Bei relativ geringem Zufluss durch das Schmelzwasser von Gletschern wird das Wasser im Sommerhalbjahr gespeichert, um schwerpunktmäßig im zwar schneereichen, aber wasserarmen Winterhalbjahr Strom zu produzieren.

Die Leistung des Speicherkraftwerkes steht bei Bedarf innerhalb von Minuten zur Verfügung und kann in einem weiten Bereich flexibel geregelt werden. Dies ist ein Vorteil gegenüber Mittel- und Grundlastkraftwerken, deren Leistung sich nur im Bereich von mehreren Stunden gut anpassen lässt. Diese Eigenschaft ermöglicht es, den Strombedarf in Spitzenzeiten zu decken. Zusätzlich kann ein Speicherkraftwerk den Ausfall anderer Stromerzeuger kurzfristig überbrücken.

Speicherkraftwerke sind schwarzstartfähig und können daher bei totalen Stromausfällen zum Anfahren anderer Kraftwerke eingesetzt werden.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Adolf J. Schwab: Elektroenergiesysteme: Erzeugung, Transport, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie. 2. Auflage. Springer, 2009, ISBN 978-3-540-92226-1.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Speicherkraftwerke – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. http://www.landeskraftwerke.de/sylvenstein.htm