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Speicherwasserkraftwerk

Über diesen Artikel

Lesezeit

3 Minuten

Veröffentlichung

31.12.2021

Letztes Update

31.12.2021

  • Wiki
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  • Speicherwasserkraftwerk

 

Aufbau, Funktion und Turbinenarten von Speicherwasserkraftwerken

Inhalt des Wiki-Artikels

Ein Speicherwasserkraftwerk ist ein Wasserkraftwerk mit einem großen Wasserspeicher. Als Wasserreservoir kommen sowohl natürliche Gewässer als auch künstlich angelegte Becken infrage. Das Wasser wird zur Energiespeicherung aufgestaut und über Turbinen abgelassen, wenn Bedarf an Strom besteht. Wasserkraftwerke gewinnen Strom aus Wasserkraft. Speicherwasserkraftwerke können darüber hinaus Energie langfristig speichern und wieder abgeben.

Was ist ein Speicherkraftwerk?

Speicherwasserkraftwerke werden kurz Speicherkraftwerke genannt und sind außerdem unter der Bezeichnung Wasserspeicherkraftwerke bekannt. Ein Speicherwasserkraftwerk speichert potenzielle Energie in Form von Oberflächenwasser. In Zeiten mit Wasser- bzw. Stromüberschuss wird Wasser aufgestaut. Besteht Bedarf an elektrischer Energie, wird das Wasser zum Antrieb von Turbinen abgelassen. Die Turbinen befinden sich in der Regel in einem Maschinenhaus. Das hereinströmende Wasser bringt die Turbine zum Rotieren und die potenzielle Energie wird übertragen. Die Turbine treibt damit einen Generator an, der Strom produziert.

Bei einem Speicherkraftwerk kann entweder das Wasser eines Fließgewässers mit Hilfe eines Staudamms aufgestaut oder Wasser mittels Pumpen unter Einsatz von Energie in ein Reservoir gepumpt werden. Wasserspeicherkraftwerke mit Pumpen werden auch Pumpspeicherkraftwerke genannt. Alle Speicherkraftwerke dienen der Deckung der Spitzenlast. Sie sind geeignet, Schwankungen in der Stromversorgung auszugleichen, die zum Beispiel durch fluktuierende erneuerbare Energien entstehen.

Welche Turbinenart nutzen Speicherkraftwerke?

In Wasserkraftwerken kommen verschiedene Turbinenarten zum Einsatz. Welche Turbine eingebaut wird, ist abhängig vom Einsatzgebiet, von der Durchflussmenge und der Fallhöhe des Wassers. Deshalb werden für Laufwasserkraftwerke andere Turbinenarten als für Speicherwasserkraftwerke genutzt. Zu den Turbinen, die in Laufwasserkraftwerken eingesetzt werden, gehören:

  • Kaplan-Turbine
  • VLH-Turbine
  • Wasserkraftschnecke
  • Durchströmturbine

Diese Turbinenarten sind für geringe bis mittlere Fallhöhen geeignet. In Speicherkraftwerken kommen Turbinen zum Einsatz, die auf mittlere bis hohe Fallhöhen ausgelegt sind, wie zum Beispiel:

  • Pelton-Turbine
  • Francis-Turbine

Eine Pelton-Turbine kann bei Fallhöhen zwischen 50 und 1500 Metern genutzt werden. Je höher die Fallhöhe, desto wirtschaftlicher ist der Betrieb. Bei der Pelton-Turbine schießt das Wasser über Düsen auf die becherförmigen Schaufeln eines Laufrads. Über die Düsennadel ist die Regulierung der Wassermenge möglich.

In Pumpspeicherkraftwerken wird häufig die Francis-Turbine genutzt. Sie ist für mittlere bis hohe Wassermengen und eine mittlere Fallhöhe von etwa 20 bis 700 Metern geeignet. Bei der Francis-Turbine strömt das Wasser über eine spirale Zuleitung zu einem feststehenden Leitrad mit beweglichen Leitschaufeln. Über die Leitschaufeln wird die Wassermenge reguliert. Die Francis-Turbine kann als Pumpe eingesetzt werden und in einem Pumpspeicherkraftwerk Wasser zur Speicherung von Energie ins Speicherbecken pumpen.

Vor- und Nachteile von Speicherkraftwerken

Mit Speicherwasserkraftwerken gehen ökologische Vor- und Nachteile einher. Ein Vorteil von Speicherkraftwerken ist, dass mit ihnen eine CO2-freie und somit klimafreundliche Stromgewinnung aus Wasserkraft möglich ist. Außerdem können sie Energie speichern, sie in Spitzenlastzeiten abrufen und als Strom zur Verfügung stellen. Dies ist gerade in Zeiten der Energiewende bei einem sich erhöhenden Anteil an fluktuierenden erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung ein entscheidender Vorteil.

Pumpspeicherkraftwerke stellen einen Sonderfall dar, da der für den Betrieb der Pumpen genutzte Strom nicht unbedingt klimaneutral produziert wurde. Der Pumpstrom wird teils noch klimaschädlich erzeugt, zum Beispiel in Kohlekraftwerken, die bei der Stromerzeugung CO2-Emissionen verursachen. Je weiter die Energiewende voranschreitet, umso geringer fällt allerdings der Anteil an konventionell erzeugtem Strom aus, da der Anteil der erneuerbaren Energien wächst.

Der Bau von Speicherwasserkraftwerken hat aus ökologischer Sicht auch Nachteile. Oft sind gravierende Eingriffe in die Landschaft nötig, um ein Speicherkraftwerk zu errichten: Zum Beispiel werden ganze Täler mit ihren Lebensräumen geflutet, wenn Talsperren für Speicherwasserkraftwerke gebaut werden. Durch Ausgleichsmaßnahmen wird versucht man die Folgen zu kompensieren.

Ein weiterer Nachteil von Speicherkraftwerken ist, dass im energiewirtschaftlich optimierten Betrieb die Abflussmengen an Wasser stark schwanken können. Dadurch ist das Leben im Wasser beeinträchtigt oder sogar bedroht, beispielsweise wenn durch den Betrieb des Wasserspeicherkraftwerks tiefer liegende Flussläufe austrocknen. Ebenso können durch einen Wasserschwall Lebensräume zerstört werden.

Durch Stauraumspülungen gegen Versandung und Verschlammung im Staubereich können Ablagerungen wie zum Beispiel Faulschlamm ins tiefer gelegene Wasser gelangen, welche Habitate beeinträchtigen und schlimmstenfalls sogar auslöschen können.

Neben den ökologischen Aspekten gibt es bei Speicherwasserkraftwerken weitere, die beachtenswert sind. Ein besonderer Vorteil beispielsweise ist, dass Speicherkraftwerke dem Hochwasserschutz dienen können. Bei starken Niederschläge wird die Abflussmenge so angepasst, dass die Wahrscheinlichkeit für Überschwemmungen flussabwärts sinkt.

Speicherwasserkraftwerke in Deutschland

Im Jahr 2016 waren in Deutschland 30 Pumpspeicherkraftwerke in Betrieb, die zusammen eine Nennleistung von rund 6550 Megawatt (MW) aufwiesen. Das größte Speicherwasserkraftwerk unter ihnen ist das Pumpspeicherkraftwerk Goldisthal in Thüringen, das über eine installierte Leistung von 1060 MW verfügt. Wird das Speicherkraftwerk aus dem Stillstand hochgefahren, erreicht es nach circa 100 Sekunden seine maximale Leistung. Sein Oberbecken weist ein Fassungsvermögen von 13 Millionen Kubikmeter Arbeitswasser auf, so dass die Turbinen für rund neun Stunden unter Volllast laufen können. Da sie schnell hoch- und herunterfahren können, sind Wasserspeicherkraftwerke dazu geeignet, Fluktuationen im Stromnetz auszugleichen und zur Netzstabilität beizutragen. Nach dem Netzentwicklungsplan Strom sollen bis 2025 Speicherwasserkraftwerke mit einer Gesamtnennleistung zwischen 8600 und 12 700 MW in Deutschland stehen.

 
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