Pumpspeicherkraftwerk Definition

Ein Pumpspeicherkraftwerk ist ein großtechnischer Energiespeicher, der elektrische Energie mithilfe von Wasser speichert. Dazu wird Wasser mit elektrischer Energie aus einem tiefer gelegenen Unterbecken in ein höher gelegenes Oberbecken gepumpt. Die elektrische Energie wird dabei in potenzielle Energie, auch Lageenergie genannt, umgewandelt. Wird später elektrische Leistung benötigt, fließt das Wasser zurück und treibt eine Turbine mit Generator an.

Pumpspeicherkraftwerke sind damit gleichzeitig Wasserkraftanlagen und Speicheranlagen. Sie erzeugen im Speicherzyklus keine zusätzliche Energie: Wegen der Verluste bei Pumpen, Turbinen, Generatoren, Leitungen und Transformatoren wird beim Ausspeichern weniger elektrische Energie abgegeben, als zuvor für das Hochpumpen eingesetzt wurde.

Der fachliche Kern eines Pumpspeicherkraftwerks ist die Speicherung elektrischer Energie durch das Hochpumpen von Wasser und die spätere Rückverstromung über Turbinen.

Wie funktioniert ein Pumpspeicherkraftwerk?

Für den Betrieb werden grundsätzlich zwei Wasserspeicher auf unterschiedlichen Höhenniveaus benötigt. Je größer die nutzbare Höhendifferenz und die bewegte Wassermenge sind, desto mehr Energie kann gespeichert werden.

Der Speicherzyklus besteht aus drei Phasen.

Pumpbetrieb

Soll Energie eingespeichert werden, beziehen Pumpen beziehungsweise reversible Pumpturbinen elektrische Energie aus dem Stromsystem. Sie transportieren Wasser aus dem Unterbecken in das höher gelegene Oberbecken.

Die Energiekette lautet in vereinfachter Form:

elektrische Energie → mechanische Energie → potenzielle Energie des Wassers

Wann gepumpt wird, hängt nicht allein davon ab, ob viel Wind- oder Solarstrom verfügbar ist. Strompreise, Netzsituation, Kraftwerkseinsatz, Betriebsstrategie und technische Einschränkungen können den Zeitpunkt beeinflussen.

Speicherung im Oberbecken

Nach dem Pumpvorgang verbleibt das Wasser zunächst im Oberbecken. Die zuvor eingesetzte elektrische Energie liegt nun teilweise als Lageenergie des Wassers vor.

Streng genommen speichert das Pumpspeicherkraftwerk also keinen elektrischen Strom. Es wandelt elektrische Energie in eine andere Energieform um, die später wieder zur Stromerzeugung genutzt werden kann.

Turbinenbetrieb

Wird Leistung benötigt, fließt das Wasser aus dem Oberbecken durch Druckstollen, Druckschächte oder Druckrohrleitungen in Richtung Maschinenhaus.

Das strömende Wasser setzt die Turbine in Bewegung. Die Turbine wandelt hydraulische Energie in mechanische Rotationsenergie um. Der gekoppelte Generator erzeugt daraus elektrische Energie.

Anschließend gelangt das Wasser wieder in das Unterbecken.

Die Energiekette beim gesamten Speicherzyklus kann so dargestellt werden:

elektrische Energie → mechanische Energie → potenzielle Energie → hydraulische Energie → mechanische Energie → elektrische Energie

Welche Bauteile besitzt ein Pumpspeicherkraftwerk?

Die konkrete Konstruktion unterscheidet sich je nach Standort und Anlagentyp. Typische Bestandteile sind:

• Oberbecken: speichert das hochgepumpte Wasser auf höherem Niveau.
• Unterbecken: nimmt das Wasser nach der Stromerzeugung auf.
• Speicherbauwerke und Dämme: halten das Wasser in den jeweiligen Becken zurück.
• Wasserfassung: führt Wasser kontrolliert in das hydraulische System.
• Druckstollen und Druckschächte: transportieren Wasser zwischen Speicher und Maschinenanlage.
• Druckrohrleitungen: führen Wasser unter hohem Druck zur Turbine.
• Turbine: wandelt die Energie des strömenden Wassers in mechanische Energie um.
• Pumpe: transportiert Wasser vom unteren in den oberen Speicher.
• Pumpturbine: kann abhängig von der Betriebsart als Pumpe oder als Turbine arbeiten.
• Generator beziehungsweise Motorgenerator: wandelt mechanische in elektrische Energie um oder treibt im Pumpbetrieb die Maschine an.
• Transformator: passt die elektrische Spannung an.
• Maschinenhaus oder Maschinenkaverne: beherbergt wesentliche elektromechanische Komponenten.
• Schaltanlage und Netzanschluss: verbinden die Anlage mit dem Stromnetz.
• Regelungs- und Leittechnik: steuert Betriebszustände, Leistung und sicherheitsrelevante Prozesse.

Nicht jede Anlage besitzt diese Komponenten in identischer Form.

Was ist eine Pumpturbine?

Eine Pumpturbine ist eine hydraulische Maschine, die je nach Betriebsrichtung unterschiedliche Aufgaben übernimmt.

Im Pumpbetrieb fördert sie Wasser nach oben. Im Turbinenbetrieb wird sie vom abwärtsströmenden Wasser angetrieben und gibt mechanische Leistung an den Generator ab.

Bei vielen Anlagen werden reversible Francis-Pumpturbinen eingesetzt. Andere Kraftwerkskonzepte arbeiten mit getrennten Pumpen und Turbinen oder sogenannten ternären Maschinensätzen. Welches System geeignet ist, hängt unter anderem von Fallhöhe, gewünschter Regelbarkeit und Anlagenkonzept ab.

Welche Energie wird im Pumpspeicherkraftwerk gespeichert?

Die speicherbare potenzielle Energie lässt sich physikalisch vereinfacht durch folgende Beziehung beschreiben:

E = m × g × h

Dabei steht:

• E für die potenzielle Energie,
• m für die Masse des Wassers,
• g für die Erdbeschleunigung,
• h für die nutzbare Höhendifferenz.

Für die Praxis bedeutet das: Eine größere Wassermenge und eine größere Höhendifferenz ermöglichen grundsätzlich eine größere Energiespeicherung. Die tatsächlich nutzbare elektrische Energie wird auch von technischen Verlusten und den zulässigen Betriebsbereichen bestimmt.

Das Umweltbundesamt beschreibt Pumpspeicherkraftwerke ebenfalls als Technik zur Speicherung von Strom in Form potenzieller Energie des Speicherwassers und nennt Volumen des Oberbeckens sowie Höhendifferenz als wesentliche Größen für die Speicherkapazität.

Leistung und Speicherkapazität sind nicht dasselbe

Bei Pumpspeicherkraftwerken müssen Leistung und Speicherkapazität getrennt betrachtet werden.

Leistung

Die elektrische Leistung beschreibt, wie schnell Energie aufgenommen oder abgegeben werden kann.

Typische Einheiten sind:

• Megawatt (MW)
• Gigawatt (GW)

Speicherkapazität

Die Speicherkapazität beschreibt die insgesamt nutzbare Energiemenge.

Typische Einheiten sind:

• Megawattstunden (MWh)
• Gigawattstunden (GWh)

Eine Anlage kann beispielsweise eine hohe elektrische Leistung besitzen, aber nur für eine vergleichsweise kurze Zeit mit dieser Leistung Strom liefern. Eine andere Anlage kann eine geringere Leistung besitzen, dafür aber aufgrund eines größeren Speichervolumens länger Energie bereitstellen.

Die theoretische Speicherdauer ergibt sich vereinfacht aus dem Verhältnis von nutzbarer Speicherkapazität zur abgegebenen Leistung.

Wie hoch ist der Wirkungsgrad eines Pumpspeicherkraftwerks?

Relevant ist der Round-Trip-Wirkungsgrad. Er setzt die nach einem vollständigen Speicherzyklus wieder abgegebene elektrische Energie zur vorher eingesetzten elektrischen Energie ins Verhältnis.

Verluste entstehen unter anderem durch:

• Pumpen,
• Turbinen,
• Motoren und Generatoren,
• hydraulische Reibung,
• Strömungsverluste in Leitungen und Stollen,
• Transformatoren,
• elektrische Betriebsmittel.

Der genaue Wirkungsgrad hängt von Bauart, Maschinen, Betriebszustand und Lastpunkt ab. Eine aktuelle Technologieanalyse des US-Energieministeriums nennt für Pumpspeicher einen breiten Round-Trip-Bereich von etwa 70 bis 87 Prozent und verwendet für Modellrechnungen 80 Prozent.

Ein Wirkungsgrad von beispielsweise 80 Prozent bedeutet nicht, dass 20 Prozent des Wassers verloren gehen. Gemeint ist die Energiebilanz: Von der für das Pumpen eingesetzten elektrischen Energie können nach einem vollständigen Zyklus rechnerisch etwa 80 Prozent wieder als elektrische Energie zur Verfügung stehen.

Welche Aufgaben übernehmen Pumpspeicherkraftwerke im Stromsystem?

Pumpspeicher können elektrische Leistung vergleichsweise schnell aufnehmen und wieder abgeben. Ihr Einsatz beschränkt sich deshalb nicht auf das Verschieben von Energie zwischen unterschiedlichen Tageszeiten.

Abhängig von technischer Auslegung und Marktbedingungen können sie eingesetzt werden für:

• zeitliche Verschiebung von Stromerzeugung und Stromverbrauch,
• Bereitstellung von Spitzenleistung,
• Aufnahme elektrischer Energie bei hohem Stromangebot,
• Ausgleich kurzfristiger Leistungsänderungen,
• Frequenzhaltung,
• Bereitstellung von Regelleistung,
• Unterstützung der Netzstabilität,
• Bereitstellung verschiedener Systemdienstleistungen,
• in bestimmten Anlagen Schwarzstart oder Netzwiederaufbau.

Nicht jedes Pumpspeicherkraftwerk kann sämtliche Funktionen gleichermaßen übernehmen.

Die Bundesnetzagentur ordnet Stromspeicher regulatorisch als Energiespeicheranlagen im Sinne des Energiewirtschaftsgesetzes ein und behandelt Fragen wie Netzanschluss, Netzentgelte und Betrieb gesondert.

Pumpspeicherkraftwerke und erneuerbare Energien

Windenergie und Photovoltaik erzeugen Strom abhängig von Wetter, Tageszeit und Jahreszeit. Gleichzeitig verändert sich der Stromverbrauch laufend.

Pumpspeicherkraftwerke können zur Flexibilität des Stromsystems beitragen, indem sie elektrische Energie aufnehmen und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgeben.

Die häufig verwendete Formulierung, Pumpspeicher würden einfach „überschüssigen Ökostrom speichern“, ist jedoch zu ungenau. Welche elektrische Energie tatsächlich zum Pumpen genutzt wird, hängt vom Strommix und von den jeweiligen Markt- und Netzbedingungen während des Pumpbetriebs ab.

Pumpspeicherkraftwerke können deshalb die Integration schwankender Stromerzeugung unterstützen. Daraus folgt jedoch nicht automatisch, dass jeder Speicherzyklus ausschließlich mit Strom aus erneuerbaren Energien erfolgt.

Praxisbeispiel: Energie vom Nachmittag in den Abend verschieben

An einem sonnigen Tag ist die Stromerzeugung aus Photovoltaikanlagen am Nachmittag hoch. Gleichzeitig ist die Nachfrage geringer als zu einem späteren Zeitpunkt.

Ein Pumpspeicherkraftwerk kann elektrische Energie aufnehmen und damit Wasser vom Unterbecken in das Oberbecken pumpen.

Am Abend steigt der Strombedarf. Das Wasser wird aus dem Oberbecken abgelassen, durchströmt die Turbine und treibt den Generator an.

Das Pumpspeicherkraftwerk verschiebt damit einen Teil der zuvor verfügbaren Energie zeitlich. Wegen der Umwandlungsverluste kann es nicht die gesamte für das Pumpen eingesetzte elektrische Energie wieder abgeben.

Unterschied zwischen Wasserkraftwerk und Pumpspeicherkraftwerk

Ein klassisches Wasserkraftwerk nutzt die Energie eines natürlichen oder wasserwirtschaftlich vorhandenen Wasserstroms zur Erzeugung elektrischer Energie.

Ein Pumpspeicherkraftwerk kann Wasser unter Einsatz elektrischer Energie wieder auf ein höheres Niveau fördern.

Das Umweltbundesamt bezeichnet Pumpspeicherkraftwerke entsprechend als Sonderform der Speicherkraftwerke, bei denen Wasser in ein höher gelegenes Speicherbecken gepumpt wird, um es später zur Stromproduktion zu nutzen.

Technisch gehören Pumpspeicher zur Wasserkrafttechnik. Energiewirtschaftlich werden sie vor allem als Energiespeicher und flexible Anlagen des Stromsystems betrachtet.

Unterschied zwischen Speicherkraftwerk und Pumpspeicherkraftwerk

Bei einem Speicherkraftwerk wird Wasser in einem Reservoir gesammelt und bei Bedarf durch Turbinen geleitet. Der Zufluss stammt beispielsweise aus Niederschlag, Bächen, Flüssen oder Schmelzwasser.

Ein Pumpspeicherkraftwerk besitzt die technische Möglichkeit, Wasser unter Einsatz elektrischer Energie wieder in einen höher gelegenen Speicher zu transportieren.

Die Rückpumpfunktion ist damit das wesentliche Unterscheidungsmerkmal.

Offene und geschlossene Pumpspeichersysteme

Pumpspeicherkraftwerke können unterschiedlich in die Wasserlandschaft eingebunden sein.

Open-Loop-Pumpspeicher

Bei offenen Systemen besteht eine Verbindung zu natürlichen Gewässern oder Flusssystemen. Dadurch können stärkere Wechselwirkungen mit Wasserstand, Strömung, Sedimenthaushalt und Gewässerökologie entstehen.

Closed-Loop-Pumpspeicher

Geschlossene Systeme nutzen Speicherbecken, die weitgehend von natürlichen Fließgewässern getrennt sind.

Auch solche Anlagen benötigen Flächen, Bauwerke, Wasser und Infrastruktur. „Closed Loop“ bedeutet deshalb nicht automatisch, dass keine Umweltwirkungen auftreten.

Welche Standorte eignen sich?

Ein geeigneter Standort muss mehrere technische, geologische, ökologische und wirtschaftliche Voraussetzungen erfüllen.

Relevant sind insbesondere:

• ausreichende Höhendifferenz,
• geeignetes Speichervolumen,
• tragfähige geologische Verhältnisse,
• Standsicherheit der Speicherbauwerke,
• Wasserverfügbarkeit,
• geeignete Flächen,
• Anschlussmöglichkeit an das Stromnetz,
• Erreichbarkeit für Bau und Betrieb,
• Vereinbarkeit mit Natur- und Gewässerschutz,
• Genehmigungsfähigkeit,
• wirtschaftliche Umsetzbarkeit.

Die starke Standortabhängigkeit unterscheidet Pumpspeicherkraftwerke von vielen Batteriespeichern.

Diskutiert und erforscht werden auch Konzepte mit ehemaligen Bergwerken, künstlichen Speicherbecken, bestehenden Talsperren oder unterirdischen Anlagen. Nicht jedes dieser Konzepte besitzt denselben technischen Reifegrad wie konventionelle Pumpspeicherkraftwerke.

Auswirkungen auf Natur, Wasser und Landschaft

Pumpspeicherkraftwerke dürfen nicht pauschal als umweltfreundlich, klimaneutral oder ökologisch unbedenklich bezeichnet werden. Ihre Auswirkungen hängen erheblich von Standort und Bauweise ab.

Flächen und Landschaft

Ober- und Unterbecken, Dämme, Straßen, Leitungen, Schaltanlagen und weitere Infrastruktur können Flächen beanspruchen und das Landschaftsbild verändern.

Bei Neubauten können umfangreiche Erdbewegungen und Eingriffe in Geländeformen erforderlich sein.

Gewässerökologie

Besonders bei Anlagen mit Verbindung zu natürlichen Gewässern können Veränderungen auftreten bei:

• Wasserständen,
• Strömungsverhältnissen,
• Sedimenttransport,
• Wassertemperaturen,
• aquatischen Lebensräumen,
• Fischpopulationen.

Das Umweltbundesamt weist bei der Wasserkraftnutzung allgemein auf erhebliche mögliche Auswirkungen auf Gewässerökologie, Durchgängigkeit und aquatische Organismen hin. Die konkrete Übertragbarkeit auf ein einzelnes Pumpspeicherprojekt hängt von dessen Bauart und Gewässeranbindung ab.

Boden und Lebensräume

Speicherbecken, Baustellen und Verkehrswege können Vegetation, Böden und Lebensräume verändern. Bei der Standortbewertung sind mögliche Konflikte mit Schutzgebieten und geschützten Arten zu berücksichtigen.

Bauphase

Tunnelbau, Aushub, Baustellenverkehr, Materialtransporte und Bauarbeiten können zeitweise Lärm, Staub und weitere Belastungen verursachen.

Die ökologische Bewertung muss deshalb projektbezogen erfolgen.

Verbraucht ein Pumpspeicherkraftwerk Wasser?

Das Wasser wird bei einem klassischen Speicherzyklus zwischen Ober- und Unterbecken bewegt und nicht nach jedem Durchlauf vollständig verbraucht.

Wasserverluste können jedoch auftreten durch:

• Verdunstung,
• Versickerung,
• betriebliche Verluste,
• notwendige Nachspeisung.

Bei offenen Pumpspeichersystemen bestehen weitere Wechselwirkungen mit natürlichen Gewässern.

Zwischen Wassernutzung und tatsächlichem Wasserverbrauch sollte deshalb unterschieden werden.

Klimawirkung von Pumpspeichern

Während der Stromerzeugung in der Turbine findet am Standort keine Brennstoffverbrennung statt. Daraus lässt sich jedoch keine allgemeine Aussage ableiten, ein Pumpspeicherkraftwerk produziere klimaneutralen Strom.

Für die Klimabilanz können unter anderem relevant sein:

• Strommix während des Pumpbetriebs,
• Zeitpunkt der Speicherung,
• verdrängte Stromerzeugung beim Ausspeichern,
• Energieverluste,
• Bau von Becken, Tunneln und Infrastruktur,
• Materialeinsatz,
• technische Lebensdauer.

Ein Pumpspeicher ist ein Energiespeicher und keine primäre Energiequelle.

Pumpspeicherkraftwerk und Batteriespeicher im Vergleich

Merkmal	Pumpspeicherkraftwerk	Batteriespeicher
Speicherprinzip	Lageenergie von Wasser	elektrochemische Speicherung
Standortabhängigkeit	hoch	meist geringer
Anlagenmaßstab	häufig große Infrastruktur	stark skalierbar
Reaktionsfähigkeit	schnell	sehr schnell
Speicherdauer	abhängig von Becken und Leistung	abhängig von Batterietechnik und Dimensionierung
Lebensdauer	anlagenspezifisch	technologie- und nutzungsabhängig
Landschaftseingriff	kann erheblich sein	andere Flächen- und Umweltwirkungen
Erweiterbarkeit	geographisch begrenzt	häufig modular möglich

Keine der beiden Speichertechnologien ist für sämtliche Anwendungen grundsätzlich überlegen. Leistungsbedarf, gewünschte Speicherdauer, Standort, Netzanschluss, Kosten und Einsatzprofil bestimmen, welche Technik geeignet ist.

Andere Speicherprinzipien sind beispielsweise Druckluftspeicher, Wasserstoffspeicher, Wärmespeicher und Schwungradspeicher.

Wirtschaftlichkeit eines Pumpspeicherkraftwerks

Pumpspeicherkraftwerke können Strom beziehen, wenn dieser am Markt vergleichsweise günstig ist, und später Strom erzeugen, wenn der Marktwert höher liegt. Diese Nutzung von Preisunterschieden wird als Arbitrage bezeichnet.

Das Geschäftsmodell kann jedoch weitere Erlösquellen umfassen. Abhängig von Anlage und Markt können Systemdienstleistungen oder Regelenergie wirtschaftlich relevant sein.

Wichtige Einflussgrößen sind:

• Investitionskosten,
• Finanzierungskosten,
• Bauzeit,
• Betriebs- und Wartungskosten,
• Wirkungsgrad,
• Strompreisschwankungen,
• Häufigkeit und Dauer geeigneter Betriebszustände,
• Erlöse aus Strommärkten,
• mögliche Systemdienstleistungen,
• Netzanschlussbedingungen,
• technische Lebensdauer.

Die Wirtschaftlichkeit lässt sich deshalb nicht pauschal für die gesamte Technologie beurteilen.

Genehmigung und rechtlicher Rahmen

Für Pumpspeicherprojekte können in Deutschland mehrere Rechtsgebiete und Genehmigungsverfahren relevant werden. Die konkrete Einordnung hängt von Bauart, Standort, Gewässerbezug und Umfang des Projekts ab.

Zu prüfen sind beispielsweise:

• Wasserrecht,
• Umweltverträglichkeitsprüfung,
• Naturschutzrecht,
• Planfeststellung oder Plangenehmigung,
• Baurecht,
• Immissionsschutz,
• Netzanschluss,
• Schutzgebietsrecht.

Nach § 68 Wasserhaushaltsgesetz bedarf ein Gewässerausbau grundsätzlich einer Planfeststellung; besteht nach dem Gesetz über die Umweltverträglichkeitsprüfung keine UVP-Pflicht, kann unter bestimmten Voraussetzungen eine Plangenehmigung in Betracht kommen.

Die Anlage 1 des UVPG nennt die Errichtung und den Betrieb einer Wasserkraftanlage als Vorhaben, für das eine allgemeine Vorprüfung vorgesehen ist. Welche Tatbestände bei einem konkreten Pumpspeicherprojekt greifen, muss anhand der Projektgestaltung geprüft werden.

Bemerkenswert ist, dass das Wasserhaushaltsgesetz Pumpspeicherkraftwerke in bestimmten Verfahrensregelungen ausdrücklich von Vorschriften für andere Wasserkraftanlagen ausnimmt. Daraus folgt gerade nicht, dass Pumpspeicher genehmigungsfrei wären; vielmehr ist der jeweilige Zulassungsweg projektspezifisch zu bestimmen.

Dieser Überblick ersetzt keine rechtliche Prüfung eines konkreten Vorhabens.

Pumpspeicherkraftwerke in Nordrhein-Westfalen

Nordrhein-Westfalen besitzt aufgrund seiner unterschiedlichen Topographie nicht überall dieselben Voraussetzungen für Pumpspeicherkraftwerke. Höhenunterschiede, bestehende Talsperren, Netzinfrastruktur, Siedlungsstruktur sowie Natur- und Landschaftsschutz begrenzen die Auswahl möglicher Standorte.

Eine nordrhein-westfälische Potenzialstudie untersuchte unterschiedliche Standorttypen für Pumpspeicherkraftwerke, darunter neue Standorte, bestehende Talsperren und bereits vorhandene Planungsansätze. Ein in einer Potenzialstudie identifizierter Standort ist jedoch nicht mit einem genehmigten oder tatsächlich zu realisierenden Kraftwerksprojekt gleichzusetzen.

Interessant sind für Nordrhein-Westfalen auch technische Konzepte im Umfeld ehemaliger Bergbauregionen. Die Nutzung stillgelegter Bergwerke oder anderer vorhandener Infrastrukturen als Speicherstandorte wird erforscht und diskutiert. Solche Konzepte sind von konventionellen Pumpspeicherkraftwerken mit zwei oberirdischen Speicherbecken zu unterscheiden.

Dass Pumpspeicher in Nordrhein-Westfalen real betrieben werden, zeigt beispielsweise das Pumpspeicherkraftwerk Rönkhausen-Glinge, das auch in Unterlagen der Bundesnetzagentur geführt wird.

Vorteile von Pumpspeicherkraftwerken

Je nach Standort und Auslegung bieten Pumpspeicher mehrere technische Eigenschaften:

• große Energiemengen können gespeichert werden,
• hohe elektrische Leistungen sind möglich,
• Leistung kann schnell verändert werden,
• bewährte Maschinen- und Wasserkrafttechnik,
• lange technische Nutzungsdauer kann erreichbar sein,
• Bereitstellung verschiedener Systemdienstleistungen möglich,
• zeitliche Verschiebung elektrischer Energie,
• Unterstützung eines flexiblen Stromsystems.

Welche dieser Vorteile praktisch relevant sind, hängt von Anlage und Einsatzprofil ab.

Nachteile und Grenzen

Pumpspeicherkraftwerke besitzen zugleich deutliche Einschränkungen:

• starke Abhängigkeit von geeigneten Standorten,
• hoher Flächenbedarf bei bestimmten Bauformen,
• große Infrastrukturprojekte,
• hohe Investitionen,
• lange Planungs- und Genehmigungszeiträume möglich,
• Eingriffe in Landschaft und Lebensräume,
• mögliche Auswirkungen auf Gewässer,
• Energieverluste bei jedem Speicherzyklus,
• begrenzte Anzahl geeigneter Standorte,
• Nutzungskonflikte,
• Abhängigkeit von Strommarkt und Netzbedingungen.

Ein technisches Ausbaupotenzial bedeutet deshalb nicht automatisch, dass ein Standort ökologisch, gesellschaftlich, rechtlich oder wirtschaftlich realisierbar ist.

Häufige Missverständnisse

Pumpspeicherkraftwerke erzeugen zusätzliche Energie

Nein. Ein Pumpspeicher wandelt zuvor eingesetzte elektrische Energie in potenzielle Energie um und später wieder zurück. Wegen der Verluste wird weniger elektrische Energie zurückgewonnen als zum Pumpen eingesetzt wurde.

Pumpspeicherkraftwerke speichern Strom direkt

Physikalisch präziser ist die Aussage, dass elektrische Energie in potenzielle Energie des Wassers umgewandelt wird. Erst beim späteren Turbinenbetrieb entsteht wieder elektrische Energie.

Pumpspeicher funktionieren nur mit erneuerbaren Energien

Nein. Technisch kann elektrische Energie aus dem jeweiligen Stromsystem für den Pumpbetrieb verwendet werden. Der tatsächliche Strommix hängt vom Zeitpunkt des Betriebs ab.

Jedes Wasserkraftwerk ist ein Pumpspeicherkraftwerk

Nein. Ein Pumpspeicherkraftwerk besitzt eine Rückpumpfunktion. Viele Laufwasser- und Speicherkraftwerke können Wasser nicht unter Einsatz elektrischer Energie in ein Oberbecken zurückfördern.

Hoher Wirkungsgrad bedeutet verlustfreie Speicherung

Nein. Auch bei einem hohen Round-Trip-Wirkungsgrad treten Verluste in Maschinen, Leitungen und elektrischen Komponenten auf.

Pumpspeicherkraftwerke sind grundsätzlich umweltfreundlich

Eine solche pauschale Bewertung ist fachlich nicht haltbar. Speicherbecken, Bauwerke und Wasserbewirtschaftung können erhebliche Auswirkungen auf Landschaft, Lebensräume und Gewässer besitzen. Maßgeblich sind Standort und Projektgestaltung.

FAQ

Was ist ein Pumpspeicherkraftwerk einfach erklärt?

Ein Pumpspeicherkraftwerk speichert Energie mithilfe von Wasser. Bei der Einspeicherung wird Wasser mit elektrischen Pumpen in ein höher gelegenes Becken transportiert. Wird später Strom benötigt, fließt das Wasser nach unten und treibt eine Turbine mit Generator an. Gespeichert wird damit nicht unmittelbar Strom, sondern die Lageenergie des hochgepumpten Wassers.

Wie funktioniert ein Pumpspeicherkraftwerk?

Im Pumpbetrieb transportiert elektrische Energie Wasser vom Unterbecken in das Oberbecken. Dort besitzt das Wasser aufgrund seiner Höhe potenzielle Energie. Zur Stromerzeugung fließt es wieder nach unten und treibt eine Turbine an. Ein Generator wandelt die mechanische Energie der Turbine in elektrische Energie um.

Warum braucht ein Pumpspeicherkraftwerk zwei Wasserbecken?

Der Höhenunterschied zwischen Ober- und Unterbecken ermöglicht die Speicherung potenzieller Energie. Beim Hochpumpen nimmt das Wasser Energie auf. Beim Zurückfließen kann diese Energie über Turbine und Generator teilweise wieder in elektrische Energie umgewandelt werden.

Wie lange kann ein Pumpspeicherkraftwerk Strom liefern?

Die mögliche Dauer hängt von der nutzbaren Speicherkapazität und der abgegebenen Leistung ab. Ein großes Speicherbecken bedeutet deshalb nicht automatisch eine bestimmte Ausspeicherdauer. Je höher die abgerufene Leistung, desto schneller wird die verfügbare Energiemenge ausgeschöpft.

Wie hoch ist der Wirkungsgrad eines Pumpspeicherkraftwerks?

Der Round-Trip-Wirkungsgrad beschreibt das Verhältnis zwischen eingesetzter und nach dem Speicherzyklus wieder abgegebener elektrischer Energie. Fachquellen nennen abhängig von Technik und Betriebsbedingungen Werte in einer Größenordnung von rund 70 bis über 80 Prozent. Der exakte Wert ist anlagenspezifisch.

Welche Nachteile haben Pumpspeicherkraftwerke?

Zu den möglichen Nachteilen gehören hohe Investitionen, begrenzte geeignete Standorte, große Bauwerke, Energieverluste sowie Eingriffe in Landschaft und Gewässer. Planung und Genehmigung können aufwendig sein. Wie schwer diese Faktoren wiegen, muss für einen konkreten Standort untersucht werden.

Sind Pumpspeicherkraftwerke umweltfreundlich?

Eine allgemeingültige Bewertung ist nicht sinnvoll. Im Turbinenbetrieb findet keine Verbrennung von Brennstoffen statt. Bau und Betrieb können jedoch Flächen, Gewässer, Lebensräume und Landschaft beeinflussen. Auch der Strommix während des Pumpbetriebs wirkt sich auf die Klimabilanz des Speicherzyklus aus.

Was ist besser: Pumpspeicher oder Batteriespeicher?

Das hängt von der Anwendung ab. Pumpspeicher eignen sich unter passenden geographischen Bedingungen für große Leistungen und Energiemengen. Batteriespeicher lassen sich meist flexibler und modularer errichten. Speicherdauer, Leistung, Standort, Netzanbindung, Kosten und gewünschte Systemdienstleistungen bestimmen, welche Technik besser geeignet ist.

Verwandte Begriffe

• Wasserkraft
• Wasserkraftwerk
• Speicherkraftwerk
• Laufwasserkraftwerk
• Energiespeicher
• Stromspeicher
• Batteriespeicher
• Pumpturbine
• Turbine
• Generator
• Regelleistung
• Netzstabilität
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• Stromnetz
• erneuerbare Energien