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.
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