Ein Pumpspeicherkraftwerk ist ein spezielles Wasserkraftwerk, das der Speicherung und bedarfsgerechten Bereitstellung von elektrischer Energie dient. Es nutzt zwei Wasserspeicher auf unterschiedlichen Höhenniveaus: einen oberen Speicher (Oberbecken) und einen unteren Speicher (Unterbecken). Bei Überschuss an Strom, etwa bei starkem Wind oder hoher Photovoltaikleistung, wird Wasser vom Unter- ins Oberbecken gepumpt. Bei hohem Strombedarf lässt man das Wasser zurück ins Unterbecken fließen und treibt dabei Turbinen zur Stromerzeugung an.
Wie funktioniert ein Pumpspeicherkraftwerk einfach erklärt?
Die Funktion eines Pumpspeicherkraftwerks beruht auf dem Prinzip der Lageenergie:
- Bei Stromüberschuss wird Wasser ins Oberbecken gepumpt (Verbrauchsmodus).
- Bei Strombedarf strömt Wasser durch eine Turbine ins Unterbecken (Erzeugungsmodus).
- Die Turbine treibt einen Generator an, der Strom erzeugt.
Pumpspeicherkraftwerke sind technisch ausgereift und reagieren schnell auf Schwankungen im Stromnetz. Sie funktionieren wie riesige Akkus – und sind dank ihrer reversiblen Technik eine zentrale Technologie der Energiewende.
Aufbau eines Pumpspeicherkraftwerks
Der grundlegende Aufbau eines Pumpspeicherkraftwerks umfasst:
- Oberbecken: Speichert das hochgepumpte Wasser.
- Unterbecken: Nimmt das abgeflossene Wasser wieder auf.
- Druckstollen oder -leitung: Verbindet beide Becken.
- Pumpturbine: Kann je nach Bedarf Wasser pumpen oder Strom erzeugen.
- Generator und Transformator: Wandeln mechanische Energie in elektrischen Strom um.
Dieser Aufbau ermöglicht den schnellen Wechsel zwischen Speicher- und Erzeugungsmodus.
Wirkungsgrad eines Pumpspeicherkraftwerks
Der Wirkungsgrad eines Pumpspeicherkraftwerks liegt typischerweise zwischen 70 und 85 Prozent. Das heißt, rund drei Viertel der eingesetzten Energie lassen sich bei der Stromrückgewinnung nutzen. Damit ist das Pumpspeicherkraftwerk eine der effizientesten Methoden zur großtechnischen Energiespeicherung.
Leistung eines Pumpspeicherkraftwerks berechnen
Die Leistung eines Pumpspeicherkraftwerks hängt ab von:
- der Höhendifferenz zwischen Ober- und Unterbecken (Fallhöhe),
- der Menge des durchfließenden Wassers (Volumenstrom),
- dem Wirkungsgrad der Turbine.
Die Formel lautet:
P = ρ × g × Q × h × η
P = Leistung (Watt), ρ = Wasserdichte (kg/m³), g = Erdbeschleunigung (m/s²), Q = Volumenstrom (m³/s), h = Fallhöhe (m), η = Wirkungsgrad
Pumpspeicherkraftwerke in Deutschland: Bedeutung und Standorte
In Deutschland spielen Pumpspeicherkraftwerke eine wichtige Rolle für die Netzstabilität. Derzeit gibt es rund 30 Anlagen mit einer Gesamtleistung von etwa 6,5 Gigawatt. Sie gleichen kurzfristige Schwankungen aus und sind essenziell für die Integration erneuerbarer Energien.
Bekannte Standorte sind Goldisthal (Thüringen), Markersbach (Sachsen) und Wehr (Baden-Württemberg). Das größte Pumpspeicherkraftwerk Deutschlands ist das Kraftwerk Goldisthal. Es verfügt über eine Leistung von 1.060 Megawatt und kann in nur 28 Sekunden auf Volllast hochgefahren werden. Die Anlage zählt zu den modernsten Europas.
Weltweit gibt es mehrere hundert Pumpspeicherkraftwerke. Die derzeit größte Anlage ist das Kraftwerk Fengning in China mit einer geplanten Gesamtleistung von 3.600 Megawatt. Weitere bedeutende Anlagen befinden sich in den USA, Japan und der Schweiz.
Pumpspeicherkraftwerk: Vorteile und Nachteile
Vorteile
Pumpspeicherkraftwerke bieten eine Reihe von Vorteilen, die sie zu einem zentralen Baustein der Energiewende machen. Besonders hervorzuheben ist ihr hoher Wirkungsgrad von bis zu 85 Prozent, womit sie zu den effizientesten großtechnischen Speicherlösungen zählen. Ihre schnelle Reaktionszeit ermöglicht es, innerhalb weniger Sekunden auf Schwankungen im Stromnetz zu reagieren – etwa bei einem plötzlichen Anstieg des Strombedarfs oder beim Ausfall anderer Kraftwerke, was sie besonders wertvoll für die Spitzenlastdeckung im Stromnetz macht.
Darüber hinaus zeichnen sich Pumpspeicherkraftwerke durch eine lange Lebensdauer von mehreren Jahrzehnten aus. Sie sind robust, zuverlässig und erfordern im laufenden Betrieb vergleichsweise wenig Wartung. Nicht zuletzt leisten sie einen wichtigen Beitrag zur Netzstabilität, da sie kurzfristig große Mengen Energie aufnehmen oder abgeben können – ein entscheidender Vorteil im zunehmend fluktuierenden Stromsystem mit wachsenden Anteilen erneuerbarer Energien.
Nachteile
Trotz ihrer technischen Reife und Effizienz sind Pumpspeicherkraftwerke nicht frei von Nachteilen. Der Bau solcher Anlagen erfordert oft massive Eingriffe in die Landschaft und kann empfindliche Ökosysteme beeinträchtigen, etwa durch die Aufstauung von Wasserflächen oder Veränderungen im Wasserhaushalt. Auch der Flächen- und Wasserbedarf ist erheblich, was den Ausbau solcher Kraftwerke in dicht besiedelten oder topografisch ungeeigneten Regionen erschwert.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt sind die hohen Investitionskosten: Planung, Genehmigung und Bau eines Pumpspeicherkraftwerks sind kapitalintensiv und mit langen Vorlaufzeiten verbunden. Aus ökonomischer Sicht lohnt sich der Betrieb in vielen Fällen nur dann, wenn ausreichend große Höhenunterschiede vorhanden sind und sich das Lastprofil im Netz entsprechend nutzen lässt.
Unterschied Pumpspeicherkraftwerk vs. Speicherkraftwerk
Ein Speicherkraftwerk erzeugt Strom, indem es natürlich gesammeltes Wasser aus einem Hochspeicher durch Turbinen leitet. Es kann das abgeflossene Wasser jedoch nicht zurückführen und ist daher ein reines Erzeugungskraftwerk.
Ein Pumpspeicherkraftwerk dagegen kann zusätzlich Wasser aus dem Unterbecken zurück ins Oberbecken pumpen – etwa bei Stromüberschuss. Es ist dadurch flexibel in beide Richtungen nutzbar: zur Stromerzeugung und Energiespeicherung. Das macht es besonders wertvoll für den Ausgleich von Netzschwankungen.
