B.Eng. Marcel Leue
Datum des Kolloquiums: 21.Oktober 2011
In Kooperation mit: Umwelttechnik
In Deutschland hat die Energiewende von der fossilen zu einer erneuerbaren Stromversorgung bereits begonnen und wird in den nächsten Jahrzehnten weiter vorrangetrieben. Gerade die fluktuierenden Stromerzeuger, wie Windkraftanlagen und Photovoltaikanlagen, wurden in den letzen Jahren verstärkt ausgebaut. Durch den verstärkten Ausbau der fluktuierenden Stromerzeuger ändert sich die Bereitstellung der Grundlast. Bei einer guten Wetterlage erzeugen die fluktuierenden Stromerzeuger mehr Strom als benötigt wird und an windschwachen und bewölkten Tagen, wird zu wenig Strom erzeugt. Die Folge ist, dass bei Stromüberschuss, Windkraftanlagen ausgeschaltet werden oder bei zu wenig Strom im Netz, teure Gaskraftwerke zur Spitzenlastabdeckung eingeschaltet werden müssen um das Stromnetz stabil zu halten.
Zur Verringerung dieser Schankungen im Stromnetz werden bereits seit Jahrzehnten groß dimensionierte Pumpspeicherkraftwerke eingesetzt. Ein herkömmliches Pumpspeicherkraftwerk kauft bei Überkapazität im Stromnetz günstig Strom ein, um eine oder mehrere Pumpen zu betreiben. Die Pumpen befördern Wasser aus dem Unterbecken in das höhergelegene Oberbecken. In dem Oberbecken wird das Wasser zwischengespeichert und bei zu wenig Strom im Netz wieder in das Unterbecken abgelassen. Auf dem Weg zum Unterbecken passiert das Wasser eine Turbine, die die potentielle Energie des Wassers in mechanische Energie umwandelt und über eine Welle an einen Generator weiterleitet. Der Generator wandelt die mechanische in elektrische Energie um und speist sie über einen Transformator in das Stromnetz ein. Die eingespeiste elektrische Energie wird zu einem höheren Preis wieder verkauft. Das Pumpspeicherkraftwerk kann so einen Gewinn erzielen, obwohl der Wirkungsgrad bei 75 % liegt und mehr Strom für den Pumpvorgang genutzt, als wieder eingespeist wird.
Die Standortwahl für den Neubau solcher großer Pumpspeicherkraftwerke ist in Deutschland beschränkt, da bereits die meisten möglichen Standorte genutzt werden. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit anhand eines fiktiven Fallbeispiels, die Realisierbarkeit eines Pumpspeicherkraftwerkes bei niedriger Fallhöhe geprüft. Dieses Pumpspeicherkraftwerk könnte dezentral, gespeist, mit dem Strom aus Windkraftanlagen, die Energieversorgung einer Gemeinde sicherstellen und die schwankende Leistungsabgabe der Windkraftanlagen glätten.
Auch wenn ein heutiger Betrieb eines Pumpspeicherkraftwerkes bei geringer Fallhöhe nicht wirtschaftlich ist und keinen Gewinn erzielt, ist das Projekt weiter zu verfolgen. Das große Potential eines Pumpspeicherkraftwerkes, den überschüssigen Strom aus Windkraftanlagen bei Überkapazität im Stromnetz zu beziehen, steht momentan die Marktprämie des direktvermarketeten Windstromes gegenüber. Ein günstiger Strombezug durch die Windkraftanlagen ist so nicht möglich. Die wirtschaftlichste Betriebsweise bleibt der Stromeinkauf an der Strombörse.
Durch Gesetzesänderungen oder eine Förderung von Stromspeicher, die mit regenerativen Energiequellen betrieben werden, kann ein wirtschaftliches Betreiben jederzeit ermöglicht werden. Auch die drohende Rohstoffverknappung und die damit verbundene Preiserhöhung für fossile Rohstoffe kann in naher Zukunft den Bau eines Pumpspeicherkraftwerkes bei niedriger Fallhöhe wirtschaftlich machen.
Eine zukünftige sichere Stromversorgung aus einem Großteil regenerativer Energiequellen ist nur möglich, wenn die wetterabhängige Leistungsabgabe der regnerativen Stromerzeuger, bedarfsgerecht zur Verfügung gestellt wird. Mit dem Bau eines Pumpspeicherkraftwerkes könnte diese bedarfsgerecht Einspeisung dezentral zum Beispiel für eine Gemeinde umgesetzt werden. Tabelle 1 zeigt die technischen Daten und Abbildung 1 das Verfahrensschema des untersuchten Pumpspeicherwerkes.
