Das Pumpspeicherwerk Markersbach im sächsischen Erzgebirgskreis. Hier das Oberbecken. (Foto: Wikipedia/Darkone)
Energiewende

Pumpspeicher für Strom: Eine wichtige Rolle in der Energiewende?

Pumpspeicher und die Energiewende. Die Energiewende ist in vollem Gange. Deutschland hat jüngst die letzten drei Atomkraftwerke abgeschaltet. Es ist klar, dass erneuerbare Energien eine entscheidende Rolle spielen werden, um eine nachhaltigere Energieversorgung sicherzustellen. Eine der größten Herausforderungen dabei ist die Schwankung der Energieerzeugung, die aufgrund der Wetterbedingungen bei Wind- und Solaranlagen auftreten kann. Nachts im Dunklen oder bei sehr schlechtem Wetter produziert Fotovoltaik keinen Strom. Und bei Flaute gilt das gleiche für Windräder. Andererseits kann es bei maximaler Sonne und bestem Wind auch vorkommen, das so mehr regenerativer Strom produziert wird, als das Netz verbraucht und damit abnehmen kann.

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Hier wird also Speichertechnologie wichtig, um Strom zwischenzulagern. Strom kann man in Batterien als Strom lagern. Das geschieht beispielsweise in der privaten Fotovoltaik-Anlage, die tagsüber als den Überschuss entstandene Strom in einem Akku für den Verbrauch am Abend und die Nacht speichert. Aber man kann Strom auch umwandeln und dann anders lagern. Das lohnt sich vor allem, wenn sehr große Mengen Strom zu speichern sind oder die Speicherung auch länger bestehen soll. Hier kommt der Pumpspeicher ins Spiel – eine Technologie, die bereits seit Jahrzehnten im Einsatz ist, aber in der aktuellen Energiewende eine noch wichtigere Rolle spielt. Solche Anlagen werden auch Pumpspeicherkraftwerk genannt.

Was ist ein Pumpspeicher?

Ein Pumpspeicher ist eine Art Energiespeicher, der Strom in Form von „potentieller Energie“ speichert. Dabei wird der überschüssige Strom, der in Zeiten geringer Nachfrage erzeugt wird, genutzt, um Wasser aus einem niedrigen in ein höher gelegenes Becken zu pumpen. Das Wasser liegt dann als „potentielleEnergie“ in dem höheren Becken. Bei Bedarf wird das Wasser dann wieder hinab gelassen und die potentielle Energie wird in kinetische Energie umgewandelt, um über Turbinen und Generatoren Strom zu erzeugen. Es ist also ein umkehrbares Wasserkraftwerk, das je nach Bedarf Strom erzeugen oder speichern kann.

Das vereinfachte Schema eines Pumpspeichers. Das wesentliche Prinzip beim Abruf der Energie ist nichts anderes als die Schwerkraft. (Grafik: Wikipedia)
Das vereinfachte Schema eines Pumpspeichers. Das wesentliche Prinzip beim Abruf der Energie ist nichts anderes als die Schwerkraft. (Grafik: Wikipedia/Pedalito)

Wie genau funktioniert ein solcher Speicher?

Ein Pumpspeicher besteht aus zwei großen Vorratsbecken Becken – einem oberen und einem unteren. Es braucht also zwingend einen Höhenunterschied. Das obere Becken wird mit Wasser gefüllt, das elektrische Pumpen aus dem unteren Becken in das obere pumpen. Das geschieht genau dann, wenn der Strom billig und sogar im Überfluss vorhanden ist. Produzieren Sonne und Wind also beispielsweise regenerativ mehr Strom, als Privathaushalte, Industrie und andere Abnehmer verbrauchen können, dann wird der Strom eben in die oben genannte „potentielle Energie“ umgewandelt. Sobald im Netz wieder mehr Strom benötigt wird, als regenerativ erzeugt werden kann, wird der Pumpspeicher „angezapft“. Das Wasser aus dem oberen Becken strömt durch Rohre und Turbinen zurück in das untere Becken. Die Turbine treibt einen Generator an, der die potentielle Energie wieder in Strom verwandelt, den das Speicherkarftwerk dann ins Netz abgibt.

Was taugt ein solches System?

Pumpspeicher sind technisch recht einfache und effektive Möglichkeit, um Strom zu speichern und bei Bedarf bereitzustellen. Sie sind schnell zu starten, um Spitzenlasten im Stromnetz zu abzunehmen und zu speichern. Pumpspeicherwerke haben eine sehr lange Lebensdauer, denn außer Pumpe, Turbinen und Generator besteht es nur aus zwei gigantischen Wasserbecken. Sie sind außerdem sehr zuverlässig und haben eine hohe Effizienz von bis zu 80-90%.

Nachteile eines Pumpspeichers

Allerdings gibt es auch einige Herausforderungen bei der Nutzung von Pumpspeichern. Zum einen benötigen sie große Mengen an Wasser, was in trockenen Regionen zu Problemen führen kann. Zum anderen ist der Bau eines Pumpspeichers sehr teuer und aufwändig, da er zwei große Becken und eine Pumpen- und Turbinen-Generatoren-Anlage benötigt. Zudem ist es nicht immer einfach, geeignete Standorte für den Bau zu finden, denn man braucht Gelände mit ausreichend Platz und einen entsprechenden Höhenunterschied.

Trotz dieser Herausforderungen sind Pumpspeicher eine wichtige Technologie für die Energiewende, da sie dazu beitragen können, erneuerbare Energiequellen wie Wind und Sonne zuverlässiger zu machen. Darüber hinaus können sie auch dazu beitragen, den Bedarf an fossilen Brennstoffen zu reduzieren und die Umweltbelastung zu verringern.

Ein Pumpspeicherwerk ist nicht unbedingt schön anzusehen, wenn es so offen in die Landschaft gebaut wird. Hier die Anlage bei Castaic in der Region Los-Angeles, USA. (Foto: Wikipedia/Sirbatch)
Ein Pumpspeicherwerk ist nicht unbedingt schön anzusehen, wenn es so offen in die Landschaft gebaut wird. Hier die Anlage bei Castaic in der Region Los-Angeles, USA. (Foto: Wikipedia/Sirbatch)

Standort, Kosten und Wasserbedarf

Es gibt noch ein paar weitere Nachteile und Probleme mit Pumpspeichern, die bei der Nutzung zu berücksichtigen sind. Die Standortfrage haben wir bereits besprochen. Es gibt auch ökologische Auswirkungen: Pumpspeicher können durch den Flächenbedarf und den Eingriff in die Landschaft so wie auch Staudämme Auswirkungen auf die Umwelt haben, insbesondere auf die Ökosysteme in Flüssen und Bächen, wenn diese beeinflußt werden, beispielsweise als Zufluss zu den Becken. Die Regulierung des Wasserflusses kann die Lebensräume für Tiere und Pflanzen stören oder sogar zerstören. Der Bau von Pumpspeichern erfordert eventuell auch oft die Rodung von Waldgebieten und kann somit den Kohlenstoffaustausch beeinträchtigen.

Zuletzt aktualisiert am Juli 24, 2023 um 5:52 pm . Wir weisen darauf hin, dass sich hier angezeigte Preise inzwischen geändert haben können. Alle Angaben ohne Gewähr.

Dann wären da die Kosten. Pumpstromspeicher sind sehr kostenintensiv und erfordern zunächst für den bau erhebliche Investitionen. Dann verursachen sie auch gewisse Betriebskosten. Dann haben Pumpspeicher eine begrenzte Kapazität. Die Kapazität hängt von der Größe des Speichersees oder Beckens ab. Die Kapazität lässt sich nicht so ohne weiteres einfach erweitern. Daher können sie nur einer begrenzte Menge an Energie speichern. ist das obere Becken voll, dann ist es eben voll.

Dann wäre da noch der Wasserbedarf. Pumpspeicher benötigen große Mengen an Wasser für den Betrieb. In wasserarmen Regionen kann dies zu Konflikten führen, da der Bedarf an Wasser für den Pumpspeicher die Wasserversorgung für die Landwirtschaft und die Bevölkerung beeinträchtigen kann.

Trotz dieser Nachteile und Probleme werden Pumpspeicher jedoch weiterhin als wichtige Technologie für die Energiewende betrachtet, da sie eine effektive Möglichkeit bieten, überschüssige Energie zu speichern und bei Bedarf wieder freizugeben. Die Optimierung der Technologie und die Berücksichtigung ökologischer und sozialer Faktoren können dazu beitragen, die Nutzung von Pumpspeichern nachhaltiger zu gestalten.

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