Pumpspeicherkraftwerke

Die mit großem Abstand meist genutzte Art, elektrische Energie zu speichern, ist die des Pumpspeicherkraftwerks. Das Prinzip ist einfach und seit hundert Jahren bewährt. Wasser wird aus einem Fluss oder See in ein hoch gelegenes Speicherbecken gepumpt. Dabei nimmt das Wasser die elektrische Energie, die zum Antrieb der Pumpe verwendet wird, in Form von potenzieller Energie auf. Ganz ähnlich dem Beispiel des Wassereimers, der in der Einführung beschrieben wurde. Die gespeicherte Energiemenge hängt direkt von der Wassermenge und der Pumphöhe ab.

Abbildung: Das Pumpspeicherwerk Rönkhausen, im Oberbecken können eine Million Kubikmeter Wasser gespeichert werden, mit 270 m Höhendifferenz können damit 0,73 GWh gespeichert werden. (Bildquelle: Wikipedia) 

Ein typisches Pumpspeicherkraftwerk in Deutschland hat eine Fallhöhe von 400 m, da die meisten Mittelgebirge sich nicht wesentlich höher gegenüber den umliegenden Tälern erheben. Für die Planung großer Speicherkapazitäten ist es interessant, wie groß die Energiemenge ist, die man pro Quadratmeter speichern kann. Denn für die Speicherung muss Land überflutet werden und jeder kann sich überlegen, wie teuer ein Quadratmeter Land in Deutschland ist. Der betrachtete Speichersee soll einen Wasserspiegel haben, der bis zu zehn Meter schwanken kann, damit kann man pro Quadratmeter zehn Kubikmeter Wasser speichern. Das ist die Wassermenge für ein kleines Gartenschwimmbecken aus Plastik, wie man es im Supermarkt kaufen kann. Unter diesen Annahmen findet man, dass auf einem Quadratmeter eine Speicherkapazität von 10 kWh vorhanden ist. Damit könnte man zehn Stunden eine Maschine mit 1 kW Leistungsaufnahme betreiben oder hundert Stunden einen Computer, mit 100 W Leistungsaufnahme, rechnen lassen.

Bedarf an Speicherfläche

Für die Energieversorgung mit erneuerbaren Energien müssen für jeden Einwohner im Durchschnitt 147 kWh Speicher bereitgestellt werden. Damit benötigt jeder einen Stausee mit einer Fläche von etwa 15 m². Dies erscheint nicht allzu viel, rechnet man dies jedoch auf die Einwohnerzahl von Deutschland, 80 Millionen, hoch, so hat dieser Stausee eine Fläche von 1200 km². Das ist mehr als die doppelte Fläche des Bodensees.

Es ist schwer vorstellbar, dass es innerhalb von dreißig Jahren gelingt, in Deutschland eine derart große Fläche mit Stauseen zu überfluten. Die meisten höher gelegenen Gebiete sind in Deutschland unter Natur- oder Landschaftsschutz, ein nicht unerhebliches Hindernis, will man das Gelände überfluten. Weiterhin müssten für derart große Stauseen viele Orte und Städte überflutet werden, was die Akzeptanz in der lokalen Bevölkerung auf nahe null absinken (sic!) lässt. Das geplante Pumpspeicherkraftwerk Atdorf im Schwarzwald, mit einer oberen Seefläche von einem Quadratkilometer, stößt auf massiven Widerstand, obwohl es sich um ein unbewohntes Gelände handelt. Das Pumpspeicherkraftwerk Atdorf kann als "Kleinanlage", 13 GWh Kapazität, im Vergleich zu den notwendigen Kapazitäten von 12.000 GWh angesehen werden.

Alternativen:

In weiteren Blogposts beschrieben

• Strom in Erdgas umwandeln, und das Problem des Wirkungsgrads.
• Energiespeicher Schwerkraft, wie funktioniert das genau.
• Batterien
• Norwegen die Superbatterie, ein erstaunlich großer Speicher!
• Die Erfindung des Pumpspeichers, eine alte Idee.

Mehr zu Schwerkraftspeicher

• Zwei Tagungen zu Pumpspeichern (2017)
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• Unterirdische Pumpspeicher

Berechnungshinweis:

Erstaunlicherweise findet man im Internet selten die Speicherkapazität von Speicherkraftwerken, häufig wird nur die Turbinenleistung angegeben. Wer gerne mal die Kapazität eines Speichersees nachrechnet, für den ist folgende Formel Hilfreich:

Die Energiemenge E berechnet sich aus der Schwerkraft g = 9,81 N/kg, der Masse des Wassers m und der Fallhöhe h des Wassers.

E = g × m × h

Da man meist nicht die Masse m kennt, eine einfache Berechnung mit der Seefläche A (in m²):

E = g × A × h × 1000 * Pegelschwankung(in Metern)

Das Ergebnis ist die Energiemenge in Joule, das ist unpraktisch, da man in der Stromversorgung eher in kWh denkt, daher muss das Resultat noch durch 3.600.000 geteilt werden.

Als Faustformel kann man sich auch merken: 10kWh pro Quadratmeter.