Pumpspeicherkraftwerke sind eine der wenigen Speichertechnologien, die heute schon im relativ großen Stil für die Speicherung von Netzstrom benutzt werden. Anders als etwa Batterien, über die ich schon geschrieben habe.

Dabei ist so ein Pumpspeicherkraftwerk aus physikalischer und pädogogischer Sicht ein sehr dankbares Ding. Es geht um nichts anderes als die Umwandlung von Energie von einer Form in eine andere, mit ein paar Verlusten. Elektrischer Strom wird benutzt um eine Pumpe zu betreiben. Dabei wird elektrische Energie in kinetische Energie der Pumpe umgesetzt. Damit wird Wasser in Bewegung versetzt und so in das höhere Reservoir gebracht. Das ist nichts anderes als eine Umwandlung von kinetischer Energie in potentielle Energie.

Umgekehrt funktioniert es ganz ähnlich. Das Wasser wird aufgestaut. Es führt nun eine Rohrleitung vom Speichersee bis an die tiefstmögliche Stelle, wo die Turbinen installiert werden. Öffnet man nun das Ventil zur Rohrleitung, dann staut sich das Wasser in der Leitung und vor der Turbine baut sich ein Druck auf. Dort ist eine Düse, durch die das Wasser unter hohem Druck heraus schießt. Das ist nichts anderes als eine Umwandlung von potentieller Energie in kinetische Energie. Mit dem Wasserstrom wird die Turbine angetrieben und die drehende Turbine treibt den Generator an, der die kinetische Energie in elektrische Energie umwandelt. Die Verluste sind dabei überschaubar, sie liegen bei etwa 30%.

Das schöne daran ist, dass die Mathematik dahinter ganz einfach ist. Eigentlich wandelt man elektrischen Strom in potentielle Energie um und umgekehrt. Die potentielle Energie von Wasser (in Joule) ist ganz einfach m*g*h – also Masse (in kg) multipliziert mit der zehnfachen Höhe des Wasserspiegels über der Turbine. (Wobei ich die Konvention g=10 benutze. Für Physiker ist das gut genug.)

Allerdings ist so ein Joule eine winzige Energiemenge. Eine Kilowattstunde sind 3,6 Megajoule. Um eine Kilowattstunde mit einer Tonne Wasser zu speichern, braucht man damit einen Höhenunterschied von 360 Metern. Das sollte jedem klar machen, dass alle Vorhaben mit Badewannen, Swimmingpools oder Regentonnen auf Dächern Strom zu speichern zum Scheitern verurteilt sind.

Auch eine Kilowattstunde ist keine große Menge. An Werktagen werden in Deutschland annähernd zwei Milliarden Kilowattstunden (2 TWh) am Tag verbraucht. Dabei sind Höhenunterschiede von 360 Metern in Deutschland ziemlich selten, man wird also oft deutlich mehr als eine Tonne Wasser pro Kilowattstunde brauchen.

Das größte Pumpspeicherkraftwerk Deutschlands, in Goldisthal, hat nur eine Speicherkapazität von 0,008 Milliarden Kilowattstunden. Um Platz für die 12 Millionen Kubikmeter Wasser in der nötigen Höhe zu schaffen, musste man eine Bergspitze abtragen und durch das Wasserbecken ersetzen. Alle Pumpspeicherkraftwerke Deutschlands kommen zusammen auf 0,04 Milliarden Kilowattstunden. Wenn man sich den Aufwand und den damit verbundenen Schaden anschaut, wird wohl nicht viel mehr als das hinzu kommen.

Kommentare (26)

  1. #1 Karl Mistelberger
    2. September 2015

    > Wenn man sich den Aufwand und den damit verbundenen Schaden anschaut, wird wohl nicht viel mehr als das hinzu kommen.

    Nicht überall sind die Verhältnisse so ungünstig wie in Deutschland.

    In Kaprun wurde der größte Schaden schon in 1955 angerichtet, hauptsächlich durch den Bau der Jahresspeicher Moserboden und Wasserfallboden sowie durch die Fassung in und Überleitung zahlreicher Bäche aus benachbarten Tälern.

    Schon 1955 gab es Pumpspeicherbetrieb zwischen den beiden Speichern, nämlich 110MW aus dem Kraftwerk Limberg. Die Anlagen Limberg II (2011) und Limberg III (genehmigt) erhöhen die Leistung um je 480MW, also auf insgesamt 1070MW, ohne dass sich jemand groß darüber aufgeregt hätte. In meinem Bekanntenkreis ist das Werk und sein Ausbau vollkommen unbekannt.

  2. #2 Tim
    2. September 2015

    Wie sieht’s bei Pumpspeicherkraftwerken denn mit den ökologischen Schäden im direkten Betrieb aus? Die ständig wechselnden Pegel bedeuten doch großen Streß für Flora und Fauna.

    • #3 wasgeht
      2. September 2015

      Damit gibt es meistens überhaupt kein Problem. Weil die Speicherbecken vollständig mit Beton ausgekleidet werden und man versucht möglichst wenig Flora und Fauna in dem Wasser zu haben.

      Wenn man das nicht macht, hat man vor allem ein geotechnisches Problem. (Geotechnik ist salopp gesagt Geologie am Bau.) Wenn das Wasserspiegel ständig stark steigt und fällt, kann es zu ziemlich starker Erosion kommen. Hängt aber alles vom Einzelfall ab.

  3. #4 a.n
    2. September 2015

    Viele sperren sich ja gegen solche Bauten, aber mir ist es irgendwie lieber, wenn hier ein paar Berge mit Pumpspeicherwerken versehen werden als wenn halb Afrika mit Lithiumminen übersät wird…komisch dass das so selten zur Sprache kommt, wenn über smart grids (für die wir ja momentan Millionen großer Lithiumakkus bräuchten) o.ä. geredet wird.

    • #5 wasgeht
      2. September 2015

      Erstens wird Lithium kaum in Afrika gefördert, zweitens ist Lithium für Batterien überhaupt nicht unbedingt nötig. (Wie man auch im ersten verlinkten Artikel zum Thema Batterien lesen kann.)

      Drittens braucht man keine Batterien, wenn man die Stromerzeugnung an den Verbrauch anpasst oder umgekehrt.

      Viertens kann man Energie speichern, indem man Wasser elektrolytisch zerlegt. Das ist reichlich ineffizient, aber es zerlegt nicht die Landschaft in dem Maße wie es Pumpspeicherkraftwerke tun müssten, um die gleiche Leistung zu erreichen.

      Es gibt mehr als genug Alternativen, die derzeit nicht genutzt werden. Das ist ein verdammt guter Grund, nicht mal eben ein paar Berge weg zu sprengen um hier und da 0,01 TWh Strom speichern zu können.

  4. #6 BreitSide
    Beim Deich
    2. September 2015

    Der Wirkungsgrad ist laut Wiki etwas höher:
    “Der Gesamtwirkungsgrad eines Pumpspeicherkraftwerkes liegt bei 75–80 %, in Ausnahmefällen etwas höher.”

    Die eigentlichen ökologischen Schäden entstehen ja nicht beim Betrieb, sondern durch den Bau an sich, also die Zerstörung der bisherigen Biotope. Dagegen entsteht auch der meiste Widerstand.

    Irgendwo habe ich auch mal gelesen, dass große Speicherseen CO2-mäßig gar nicht so gut seien. Offensichtlich entsteht eine Menge CO2 oder CH4. Muss mal weitergraben.

    Interessant wäre ja das: http://www.ringwallspeicher.de/
    Die könnte man sehr elegant in die durch den Braunkohleabbau zerstörten Landschaften einfügen.

    Ansonsten will man das Prinzip ja in alten Steinkohlebergwerken im Ruhrgebiet anwenden. Das brächte sicher keinerlei zusätzliche Umweltbelastungen.

    • #7 wasgeht
      2. September 2015

      Was man von Ringwallspeichern halten kann, kann man eigentlich auch aus dem ausrechnen, was ich geschrieben habe.

      Die Dinger sind nicht riesig, sondern kollossal. Und die Landschaften sind nach dem Braunkohleabbau anders, aber nicht zerstört. http://scienceblogs.de/wasgeht/2015/06/09/braunkohle-und-was-nun/

      Schon gar nicht so “zerstört” dass man dort kollossale Betonstrukturen “elegant” einfügen könnte.

      • #8 BreitSide
        Beim Deich
        2. September 2015

        Naja, es muss ja nicht Beton sein. Sieht man ja sowieso nicht, wenn´s fertig ist.

        Die Wenigsten (Du natürlich schon) wissen ja, dass Beton ein uralter Werkstoff ist, der aber heute immer noch gerne als Buhmann benutzt wird. Kommt halt drauf an, was man daraus macht ;-)

        • #9 wasgeht
          2. September 2015

          Es geht nicht um die Frage des Materials für den Ringwall. Es geht um die Frage der Größe und des Volumens der Konstruktion.

          • #10 BreitSide
            Beim Deich
            2. September 2015

            Naja, 11,4 km Durchmesser, das ist schon kein Pappenstiel.

            Etwa so groß wie das geplante Abbaugebiet Garzweiler.

            Und in Deinem verlinkten Beitrag (ist der für weitere Kommentare gesperrt?) hattest Du ja schön geschrieben, dass das ja gar nicht so viel ausmacht, wenn man die Landschaft ändert. Hier wäre es ja für einen guten Zweck.

            Der Eiffelturm wurde anfangs auch vehement bekämpft.

          • #11 wasgeht
            2. September 2015

            Ja, die Artikel werden nach einem Monat für weitere Kommentare gesperrt. Muss nochmal drüber nachdenken, ob das sinnvoll ist.

            Im übrigen: Ich lebe mein ganzes Leben in der nähe von Braunkohletagebauen und dem was davon übrig bleibt. Glaub mir einfach, dass das eine Lebensqualität hat, die ein halbes Universum von dem entfernt ist, was ein Ringwallspeicher zu bieten hat.

  5. #12 BreitSide
    Beim Deich
    2. September 2015

    Sooo selten ist Lithium ja nun nicht: “Es kommt damit etwas seltener als Zink, Kupfer und Wolfram sowie etwas häufiger als Kobalt, Zinn und Blei in der Erdkruste vor.”

    https://de.wikipedia.org/wiki/Lithium#Vorkommen_auf_der_Erde

    Denkbar sind übrigens auch Schwerkraftspeicher ähnlich einer Kuckucksuhr. Schon Aufzüge könnten, entsprechend verschaltet, Einiges bringen. Man denkt auch an Hebeanlagen für Container, die beim Absenken Strom einspeisen können. Müsste man nur an der Verschaltung der Motoren was ändern.

  6. #13 BreitSide
    Beim Deich
    2. September 2015
  7. #14 wunderfitz
    2. September 2015

    Oekologische Schäden können beim Bau von Pumpspeicherwerken entstehen, indem bestehende Biotope neu überflutet und damit zerstört werden. Beim Betrieb kann der wechselnde Wasserabfluss die unterliegenden Fliessgewässer stressen. Im Speichersee selbst passiert kaum etwas: mindestens in den Alpen sieht man bei niedrigem Wasserstand nur Geröll, Sand und Fels (keinen Betonüberzug!). Die Bildung von speziellen, aber unscheinbaren Biotopen schliesse ich allerdings nicht aus: Ein regelmässiger Pumpspeicherbetrieb erzeugt kaum grösseren Stress als Ebbe und Flut an der Nordsee. Und das Watt ist bekanntlich ein wertvolles Biotop.
    Ich betrachte die Pumpspeicherwerke als bis jetzt einzig technisch in grossem Massstab realisierte Lösung der Speicherung von Strom. Dass die vielen bestehenden Speicherseen in den Alpen entsprechend aufgerüstet werden, halte ich daher für sinnvoll. Dass Seen (auch natürliche) CO2 und Methan produzieren, habe ich schon aus den Tropen gehört, wenn viel organisches Material eingeschwemmt wird. Seen in den Hochalpen sind aber so nährstoffarm, dass eine bescheidene Fauna mit Mühe überlebt.
    Dass in nächster Zeit keine neuen Pumpspeicherwerke gebaut werden, hat ökonomische, nicht ökologische Gründe. Die Investitionen sind riesig (ab 100 Millionen für einfache Aufrüstungen bis in den einstelligen Milliardenbereich für komplexe Projekte). Die Rechnung dabei ist ja: man kaufe billigsten Ueberschussstrom und nutze den zum Hochpumpen von Wasser in den Speichersee. Wenn der europäische Stromverbrauch und damit die Preise auf dem internationalen Markt steigen, können innert Sekundenfrist die Turbinen in Betrieb gehen und Strom zum teuren Preis produzieren. Das hat jahrzehntelang funktioniert. Jetzt nicht mehr.
    Billigsten Ueberschussstrom gibt es zwar immer noch. Die Verbrauchsspitzen im Tagesverlauf auch. Der subventionierte Oekostrom aus Deutschland (Solar- und Windanlagen) bringt den Markt völlig durcheinander. Da die Produktion vom Wetter und nicht durch den Verbrauch bestimmt wird. So herrscht über Mittag häufig Stromüberschuss (Sonnenhöchststand) statt Strommangel wegen Verbrauchsspitze. Das heisst, der Strommarkt ist unberechenbar geworden.
    Eigentlich wäre der Oekostrom ja auf eine effiziente Speichermöglichkeit angewiesen, um die Versorgung auch bei Flaute, Wolken und Nacht sicherzustellen. Aber das Speichern rechnet sich nicht mehr. Kein Wunder, wird schon nach Subventionierung des Stroms aus Speicherseen gerufen! Irgend eine gescheite Idee müssen die Politiker dazu schon entwickeln.

    • #15 BreitSide
      Beim Deich
      2. September 2015

      – “Oekologische Schäden können beim Bau von Pumpspeicherwerken entstehen, indem bestehende Biotope neu überflutet und damit zerstört werden.”

      Können ist gut gesagt…

      – “Das heisst, der Strommarkt ist unberechenbar geworden.”

      Hmm, ich hatte gedacht, gerade dafür wären die Speicher da?

      – “Aber das Speichern rechnet sich nicht mehr.”

      Warum? Ist Spitzenstrom billiger geworden? Und was ist die Folge? Sollen Pumpspeicherwerke dann abgebaut werden? Was sollte schlecht sein, wenn man systemrelevante Bereiche stützt?

      Übrigens, Du weißt schon, dass die fossilen Energien etwa dreifach so viel subventioniert werden wie die regenerativen?

  8. #16 BreitSide
    Beim Deich
    2. September 2015

    PS: In meiner Web.de-Vorschau steht:

    “Was können Pumps…”

    Meine LLAG hatte sich schon über die Themen hier gewundert ;-)

  9. #17 Roland B.
    2. September 2015

    Bei richtig großen Speichern müsste man sicher noch das Erdbebenrisiko berücksichtigen. Das dürfte durch die ständigen Druckschwankungen höher sein als bei klassischen Speichern gleicher Größe.
    Allerdings schätze ich, daß es sowieso kaum geeignete Stellen gibt für gigantische Pumpspeicher – reicht ja nicht, ein Tal abzusperren, es muß ja nahe am Damm auch eine ausreichende Höhenstufe vorhanden sein.

  10. #18 dgbrt
    2. September 2015

    Pumpspeicherkraftwerke sind in Deutschland Unsinn. Aber kleine Inseln können sich damit energieautark machen:
    El Hierro – Energieversorgung

    • #19 wasgeht
      2. September 2015

      Ja, die kommt auch noch dran.

  11. #20 BreitSide
    Beim Deich
    2. September 2015

    @Wunderfitz: Nach den Milliardensubventionen zum Einstieg wollen die Akw-Betreiber jetzt weitere Milliardensubventionen von der Allgemeinheit erschleichen Man muss Gabriel nicht mögen, aber hier wünsche ich ihm viel Erfolg: http://www.spiegel.de/wirtschaft/soziales/atomkonzerne-sollen-fuer-ausstiegskosten-haften-a-1051069.html

  12. #21 BreitSide
    Beim Deich
    2. September 2015

    Nachtrag: Sorry für OT, ich wollte nur auf Wunderfitzens Mär von den ach so hohen Subventionen für die Regenerativen antworten.

  13. #22 user unknown
    https://demystifikation.wordpress.com/2014/09/12/the-large-pendulum/
    3. September 2015

    Wenn man sich den Aufwand und den damit verbundenen Schaden anschaut, wird wohl nicht viel mehr als das hinzu kommen.

    Wenn nicht viel mehr als das, was schon da ist (0,04 Milliarden Kilowattstunden), hinzukommt, dann wären es insgesamt 0,08 Mrd. kWh. Du meinst aber, glaube ich, dass überhaupt nicht viel mehr dazu kommen wird – zu dem, was schon da ist, stimmts?

    • #23 wasgeht
      3. September 2015

      Exakt. Erstens heute schon der Betrieb der Pumpspeicher defizitär ist und zweitens, weil der Schaden den Nutzen bei weitem überweiegt.

  14. #24 Tim
    5. September 2015

    @ BreitSide
    Nach den Milliardensubventionen zum Einstieg wollen die Akw-Betreiber jetzt weitere Milliardensubventionen von der Allgemeinheit erschleichen
    Na, na, damit wird die Realität aber arg strapaziert. :)

    Kernkraft gibt es in Deutschland nur deshalb, weil der Staat die Energiekonzerne in den 50ern und 60ern in diese Energieform getrieben hat. Man wollte aus politischen Gründen unbedingt Atomtechnik im Land haben, es war ja gerade Kalter Krieg. Ohne den politischen Druck wäre die Energiewirtschaft niemals auf die Idee gekommen, AKW zu bauen – man hielt sie in der Gesamtbetrachtung einfach nicht für wirtschaftlich! Das wird heute natürlich gern vergessen.

    Mit anderen Wort: Der Staat hat sich mit der Kernkraft selbst ein Problem geschaffen.

    Eine gute Gesamtdarstellung ist übrigens:
    http://www.amazon.de/Aufstieg-deutschen-Atomwirtschaft-Joachim-Radkau/dp/3865813151

    • #25 BreitSide
      Beim Deich
      5. September 2015

      Stimmt, das macht Sinn. Ich denke da vor allem an FJS :roll: Die Milliarden haben die Konzerne aber doch gerne eingestrichen.

  15. #26 Beisswenger
    Ratingen
    28. Dezember 2015

    In vielen Kommentaren wird die Behauptung aufgestellt, Pumpspeicher-Kraftwerk seien nicht mehr wirtschaftlich. In keinem der Kommentare wird der wahre Hintergrund erläutert: Die Netzgebühr bezahlen Pumpspeicher nicht nur für den dem Verbraucher in Spitzenlastzeiten gelieferten Strom, sondern auch für den Pumpstrom. Da bei der Pumpspeicherung etwa 20% Strom verloren gehen muss man also 1,25 KWh Pumpstrom einsetzen um 1 KWh Strom zu bekommen, also 2,25-fache Netzgebühr, die derzeit bei etwa 6 Cent liegt, macht also fast 15 Cent Netzgebühr!. Durch bürokratischen Unsinn werden die Pumpspeicher-Kraftwerke (bestehende und noch zu bauende) durch die Rechenkünste der Strom-Monopole kaputtgerechnet.