Pumpspeicherkraftwerke
Ein Pumpspeicherkraftwerk kann als das Multitalent unter den Wasserkraftwerken für die Stromerzeugung angesehen werden. Denn in dieser Anlage wird nicht nur Strom erzeugt, sondern auch gespeichert. Denn zum einen kann die elektrische Energie in potenzielle Energie des Wassers umgewandelt werden und zum anderen ist die Rückumwandlung der potenziellen Energie des Wassers in elektrische Energie möglich. Das bedeutet, dass ein Pumpspeicherkraftwerk sowohl bei einem Überschuss an elektrischer Energie als auch bei Bedarf an elektrischem Strom zum Einsatz kommen kann. Im Fall des Stromüberschusses dient das Kraftwerk als ein zur Netzregulierung notwendiger Stromverbraucher.
Aufbau eines Pumpspeicherkraftwerks
Ein Pumpspeicherkraftwerk zeichnet sich durch seinen umkehrbaren Anlagenbetrieb aus. Das heißt, ein und dieselbe Anlage kann sowohl in Zeiten des Stromüberschusses als auch in Zeiten des Bedarfs an elektrischer Energie gleichermaßen genutzt werden. Möglich ist dies, da die Turbine, der Motor-Generator und die Pumpe zusammen auf einer Welle angebracht sind, die wiederum zwei Betriebsarten ermöglicht. Besteht ein Strombedarf, dann arbeitet der Motor-Generator als Generator und erzeugt die elektrische Energie. Besteht im Stromnetz jedoch ein Überschuss an Strom, dann arbeitet derselbe Motor-Generator als Elektromotor, der die Pumpe antreibt, die das Wasser aus dem sogenannten Unterbecken in das Oberbecken pumpt. Das Oberbecken ist zudem mit einer Staumauer versehen, in die ein Wasserschloss eingelassen wird.
Das Wasserschloss dient dem Ausgleich der Druckschwankungen, die durch das Umschalten des Anlagenbetriebs, also vom Stromerzeuger hin zum Stromverbraucher und andersherum, hervorgerufen werden. Sollten die Schwankungen nicht ausgeglichen werden, könnten Anlagenteile beschädigt werden. Diese Bauweise entspricht der eher klassischen Form. Moderne Pumpspeicherkraftwerke werden anstelle von jeweils einer Turbine und einer Pumpe mit einer sogenannten Pumpturbine ausgestattet. Die Pumpturbine ist eine Strömungsmaschine, die in beide Richtungen, von oben nach unten und von unten nach oben, durchströmt werden kann. Je nachdem, welche Drehrichtung eingeschlagen ist, arbeitet die Pumpturbine dann als Turbine oder Pumpe.
Funktionsweise
Ein Pumpspeicherkraftwerk kann, je nachdem, ob ein Bedarf oder ein Überschuss an elektrischer Energie vorhanden ist, unterschiedlich funktionieren. Besteht ein Bedarf an elektrischem Strom, fließt das Wasser von dem sogenannten Oberbecken in das Unterbecken, wobei das Wasser eine Turbine antreibt. Diese Turbine ist wiederum für den Antrieb eines Generators verantwortlich, der seinerseits die elektrische Energie erzeugt. Beide Becken können entweder natürlichen Ursprungs sein oder künstlich angelegt werden. Wichtig ist, dass das Oberbecken mit einem Abfluss versehen ist und beide über eine klare Abgrenzung, durch eine Staumauer oder ähnliches, verfügen.
Bei einem Überschuss elektrischer Leistung in dem Stromnetz, zu dieser Erscheinung kommt es in der Regel nachts, wenn der Stromverbrauch deutlich zurück geht, wird das Wasser, welches sich in dem Unterbecken gesammelt hat, mit Hilfe von Rohrleitungen, die mit Pumpen ausgestattet sind, nach oben in das hochgelegene Speicherbecken, das Oberbecken, gepumpt.
Pumpspeicherkraftwerke können mit zwei verschiedenen Arten von Oberbecken versehen sein. Denn zum einen gibt es Oberbecken, die ausschließlich durch das Hineinpumpen von Wasser gefüllt werden und zum anderen gibt es Oberbecken, die zusätzlichen über einen natürlichen Zufluss, wie beispielsweise einen Fluss, gefüllt werden können.
Da Pumpspeicherkraftwerke nicht ausschließlich als Energieumwandler bzw. Stromerzeuger arbeiten, müssen sie über eine bestimmte Speicherkapazität verfügen. Die Höhe dieser ist grundsätzlich von zwei Faktoren abhängig: der speicherbaren Wassermenge und dem nutzbaren Höhenunterschied zwischen dem hochgelegenen Wasserbecken und der Turbine, der bei einem Pumpspeicherkraftwerk bestehen muss. Sind unterhalb der Turbine bis zum eigentlichen Auslauf zusätzliche Rohre angebracht, können diese ebenfalls von der Turbine genutzt werden. In der Regel verfügen reine Pumpspeicherkraftwerke über eine Speicherkapazität, die es ermöglicht, dass die Generatoren zwischen vier und acht Stunden unter Volllast elektrischen Strom erzeugen können.
Vor- und Nachteile
Pumpspeicherkraftwerke können weder rein positiv noch rein negativ gesehen werden. Sie bringen in bestimmten Zusammenhängen sowohl Vor- als auch Nachteile mit sich.
Ein derartiges Kraftwerk kann innerhalb weniger Minuten seine volle Leistung abrufen und somit auch in Spitzenlastzeiten genutzt werden. Die immer wieder auftretenden Spitzenlastzeiten machen die Pumpspeicherkraftwerke wirtschaftlich sinnvoll, da andere Kraftwerke, wie beispielsweise Laufwasserkraftwerke aufgrund der langen Zeit, die sie zum Hoch- und Runterfahren benötigen, für den Teillastbetrieb nicht geeignet sind. Zudem ist das Kraftwerk schwarzstartfähig. Das bedeutet, es benötigt selber keine elektrische Energie, um hochgefahren zu werden. Aus diesem Grund kann das Pumpspeicherkraftwerk andere Kraftwerke bei einem totalen Stromausfall mit elektrischer Energie versorgen, die diese für die Aktivierung benötigen. Außerdem erzeugt das Kraftwerk elektrische Energie zu einhundert Prozent aus einem regenerativen Energieträger und kann zur Regulierung des Stromnetzes genutzt werden. Des Weiteren kann kein anderes Speicherverfahren mit der Leistung eines Pumpspeicherkraftwerks konkurrieren, da dieses über mehrere Stunden die volle Leistung abgeben kann. Ein weiterer Vorteil dieser Kraftwerke ist, dass sie die Schwankungen, denen beispielsweise die Stromproduktion aus Wind- oder Sonnenenergie unterliegen, kompensieren kann und einen Teil der wirtschaftlichen Risiken der thermischen Kraftwerke absichert. Denn Pumpspeicherkraftwerke nutzen eine täglich gleichbleibende Menge Strom für den Betrieb, so dass die thermischen Kraftwerke auch nachts ihre elektrische Energie in das Stromnetz einspeisen können.
Nachteilig wirkt sich der Bau eines Pumpspeicherkraftwerks, wie bei den meisten Kraftwerken, auf die Umwelt und Natur in unmittelbarer Nähe aus. Zudem verbraucht das Kraftwerk beim Hochpumpen des Wassers aus dem Unter- in das Oberbecken mehr Energie, als es anschließend wieder produziert. Aus diesem Grund ist ein weiterer Standpunkt zu dem Pumpspeicherkraftwerk, dass es sich dabei, per se, um kein richtiges Kraftwerk handelt. Manche bezeichnen die Kraftwerksart deshalb als einen zur Stromnetzregulierung notwendigen Stromverbraucher. Der Strom aus einem Pumpspeicherkraftwerk wird in der Regel zu einem Vielfachen seines Einkaufspreises wieder verkauft, da in Spitzenlastzeiten der Bedarf so groß ist, dass unbedingt ausreichend Strom produziert werden muss, um diesen zu decken.
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