Pumpspeicherkraftwerke: Warum sie für die Versorgungssicherheit wichtig sind

Bedeutung von Pumpspeicherkraftwerken in Kürze

• Ein Pumpspeicherkraftwerk gleicht zeitliche Unterschiede zwischen Stromerzeugung und -verbrauch aus, indem es überschüssigen Strom speichert und bei Bedarf kurzfristig wieder bereitstellt.
• Dank ihrer schnellen Reaktionsfähigkeit gleichen Pumpspeicherkraftwerke Erzeugungs- und Verbrauchsschwankungen aus und halten die Frequenz und Spannung im Stromnetz stabil.
• Einige Pumpspeicherkraftwerke sind darüber hinaus schwarzstartfähig. Nach einem großflächigen Stromausfall können sie den schrittweisen Wiederaufbau des Netzes unterstützen.

Wie speichert ein Pumpspeicherkraftwerk Energie?

Das Prinzip eines Pumpspeicherkraftwerks ist vergleichsweise einfach: Pumpspeicherkraftwerke bestehen aus zwei Wasserbecken, die auf unterschiedlicher Höhe liegen und durch Druckrohrleitungen miteinander verbunden sind. Steht etwa an sehr wind- und sonnenreichen Tagen mehr Strom zur Verfügung, als gerade benötigt wird, treiben die Überschüsse Pumpen an. Diese befördern das Wasser aus dem tiefer gelegenen Unterbecken in das höher gelegene Oberbecken. Die elektrische Energie wird dabei in Lageenergie umgewandelt und in Form des hochgepumpten Wassers gespeichert.

Steigt der Strombedarf, fließt das Wasser durch die Druckrohrleitungen zurück in das Unterbecken. Dabei treibt es Turbinen an, die mit Generatoren verbunden sind. Die gespeicherte Lageenergie wird zunächst in mechanische und anschließend wieder in elektrische Energie umgewandelt. Der erzeugte Strom kann dann ins Netz eingespeist werden. Wie viel Energie ein Pumpspeicherkraftwerk speichern kann, hängt vor allem vom Fassungsvermögen der Becken und vom Höhenunterschied zwischen ihnen ab.

Beim Pumpen und bei der späteren Stromerzeugung geht zwar ein Teil der eingesetzten Energie verloren. Mit einem Wirkungsgrad von in der Regel 70 bis 85 Prozent gelten Pumpspeicherkraftwerke dennoch als effiziente Möglichkeit, große Energiemengen zu speichern und genau dann Strom bereitzustellen, wenn er im Netz benötigt wird. Damit schaffen sie die zeitliche Flexibilität, die in einem zunehmend von Wind- und Solarenergie geprägten Stromsystem benötigt wird, um das Netz stabil zu halten und damit die Versorgungssicherheit zu gewährleisten.

Warum ein erneuerbares Stromsystem mehr Flexibilität braucht

Versorgungssicherheit im Stromnetz setzt voraus, dass Erzeugung und Verbrauch jederzeit im Gleichgewicht bleiben. Andernfalls weicht die Netzfrequenz von ihrem Sollwert von 50 Hertz ab. Größere oder länger anhaltende Abweichungen können den stabilen Betrieb des Stromnetzes gefährden.

Mit dem fortschreitenden Ausbau erneuerbarer Energien nimmt auch die Volatilität der Erzeugung zu. Wind- und Solarenergie speisen abhängig von Wetter und Tageszeit unterschiedlich große Mengen Strom ein. Diese Erzeugung deckt sich nicht immer mit dem aktuellen Stromverbrauch. Hinzu kommt, dass Strom nicht zwangsläufig dort benötigt wird, wo er gerade erzeugt wird. Sind die Transportkapazitäten des Netzes ausgelastet, müssen beispielsweise Windenergieanlagen zeitweise abgeregelt werden, um einer Netzüberlastung vorzubeugen.

Ein stabiles Stromsystem benötigt deshalb verschiedene Formen der Flexibilität. Dazu gehören steuerbare Erzeugungsanlagen, ein anpassungsfähiger Stromverbrauch, der Ausbau der Netze und unterschiedliche Speichertechnologien. Pumpspeicher übernehmen dabei eine besondere Rolle: Sie können große Strommengen über mehrere Stunden verschieben und zugleich sehr schnell auf kurzfristige Veränderungen reagieren.

Wie Pumpspeicherkraftwerke die Versorgungssicherheit im Stromnetz stärken

Ihre Stärke liegt vor allem in der schnellen Steuerbarkeit. Anders als viele andere Kraftwerke benötigen Pumpspeicher keine lange Anlaufzeit. Sie können ihre Leistung innerhalb sehr kurzer Zeit erhöhen, verringern oder vom Pumpen ins Turbinieren wechseln und umgekehrt. Das macht sie zu wichtigen Systemstabilisatoren, wenn Prognosen von der tatsächlichen Erzeugung abweichen oder eine andere Anlage unerwartet ausfällt.

So trägt beispielsweise auch das Pumpspeicherkraftwerk in Erzhausen, das wir seit 2009 betreiben, seit seiner Inbetriebnahme 1964 zur Netzstabilität in Deutschland bei. Die Anlage verfügt über eine Leistung von 220 Megawatt. Pro Zyklus kann eine Energiemenge von etwa 1100 Megawattstunden gespeichert und wieder abgegeben werden. Das entspricht rechnerisch dem durchschnittlichen Stromverbrauch von etwa 120.000 Haushalten an einem Tag.

Pumpspeicherkraftwerke in Deutschland

Pumpspeicherkraftwerke stellen in Deutschland bereits seit Jahrzehnten flexible Leistung für das Stromsystem bereit. Aufgrund ihrer robusten Bauweise und flexiblen Auslegung können sie über lange Zeiträume betrieben werden. So ist das Kraftwerk in Erzhausen beispielsweise bereits seit über 60 Jahren im Betrieb.

Zusätzlich bieten die Wasserbecken wertvollen Lebensraum für zahlreiche Fischarten und schaffen wichtige Rastplätze für Wasservögel – insbesondere in Zeiten zunehmender Trockenheit.

Dabei steht ebenfalls fest, dass die Pumpspeichertechnologie klare Grenzen hat. Neue Standorte benötigen geeignete geografische und ökologische Voraussetzungen. Zusätzliche Potenziale liegen daher besonders in der Modernisierung und Reaktivierung bestehender Anlagen. Auch das Kraftwerk in Erzhausen wird kontinuierlich modernisiert, um die Effizienz, Sicherheit und Umweltverträglichkeit zu erhöhen. Regelmäßige Instandhaltung erhält seine technische Verfügbarkeit und ermöglicht einen sicheren und effizienten Weiterbetrieb. Auf diese Weise lassen sich bestehende Pumpspeicherkraftwerke in Deutschland langfristig nutzen und an veränderte Anforderungen des Stromsystems im Rahmen der Energiewende anpassen.

Bewährte Technologie für die Energiewende

Auch mit dem Ausbau mit Batteriespeichern bleiben Pumpspeicherkraftwerke für ein flexibles und verlässliches Stromsystem unverzichtbar. Mit einer installierten Leistung von insgesamt mehr als 7.000 Megawatt und einer Speicherkapazität von rund 140.000 Megawattstunden können die Anlagen in Deutschland große Energiemengen aufnehmen und bei Bedarf wieder bereitstellen. Ergänzt wird diese Kapazität durch Pumpspeicherkraftwerke in Nachbarländern wie Österreich und Luxemburg, die direkt mit dem deutschen Stromnetz verbunden sind. Damit leisten Pumpspeicher auch künftig einen wichtigen Beitrag zum Ausgleich schwankender Stromerzeugung aus Wind und Sonne.