Speicherkraftwerk (Wasser)

Staumauer des Speicherkraftwerkes Dobra der über eine 3 km lange Triebwasserleitung das Wasser zum Krafthaus führt

Als Speicherkraftwerk (vollständige Bezeichnung Wasserspeicherkraftwerk oder Speicherwasserkraftwerk) wird im Zusammenhang mit der Wasserkraft ein Speicherkraftwerk bezeichnet, welches elektrische Energie in Form von potentieller Energie (Lageenergie) von Oberflächenwasser speichert.

Zu diesem Zweck wird in Zeiten des Energie-/Wasserüberschusses das Wasser eines Fließgewässers zu einem Stausee aufgestaut, aus dem es in Zeiten von erhöhtem Energiebedarf abgerufen und in einem Wasserkraftwerk verstromt werden kann. Im Extremfall, beim Pumpspeicherkraftwerk, kann das Wasser sogar unter Aufwendung von Energie in ein höhergelegenes Speicherbecken gepumpt werden.

Wasserspeicherkraftwerke dienen - wie alle Speicherkraftwerke - vor allem der Deckung von Spitzenleistung und im Rahmen der Netzregelung der Bereitstellung von Regelleistung.

Vom Laufwasserkraftwerk grenzen sich Speicherkraftwerke dadurch ab, dass erstere nicht über ein nutzbares Speichervolumen verfügen. Beim Laufwasser haben eventuell vorhandene Staubauwerke primär die Aufgabe, die Fallhöhe für die Turbinen zu erhöhen, jedoch nicht einen variablen Füllstand und damit eine Regelung zu ermöglichen. Da es aber auch Wasserkraftwerke gibt, die den Füllstand in einem bestimmten Bereich variieren können (Schwellbetrieb), gibt es keine scharfe Grenze zwischen Laufwasserkraftwerken und Speicherwasserkraftwerken.

Motivation

Die Notwendigkeit zu Speicherkraftwerken resultiert aus dem Umstand, dass elektrische Stromnetze keine elektrische Energie speichern können und daher der Verbrauch und die Energiegewinnung in Kraftwerken immer im Gleichgewicht sein müssen. Durch Abweichung vom Gleichgewichtszustand kommt es zu Netzstörungen und im Extremfall zu einem Netzzusammenbruch. Herkömmliche Kraftwerke können, technologisch und prinzipbedingt, nicht entsprechend schnell genug auf Verbrauchsschwankungen reagieren bzw. bei kurzzeitigen hohen Verbrauchsspitzen schnell genug Leistung zur Verfügung stellen. Diese Aufgabe übernehmen Speicherkraftwerke. Sie sind neben dem Energiespeicher technisch so gestaltet, um in möglichst kurzer Zeit (der Bereich zum Hochfahren umfasst einige wenige 10 Sekunden bis zu einigen wenigen Minuten) bedarfsmäßig elektrische Leistung liefern zu können. Der Leistungsbereich liegt je nach Anlage bei einigen Megawatt bis zu einigen 100 MW.

Darüber hinaus gilt diese Art der Energieerzeugung als Erneuerbare Energie und somit als klimafreundlich.

Aufbau eines Speicherkraftwerks mit Wasser

Die Rohrleitungen des Kraftwerks Walchensee

Stauanlage

Das Wasser wird in einem „Stausee“ genannten Becken gesammelt. Dieser See ist entweder natürlichen Ursprungs oder entsteht durch Aufstauen mit einer Staumauer oder einem Staudamm. Der Stausee wird durch einen natürlichen Zufluss gespeist, zusätzlich werden oft Stollen zu den Einzugsgebieten anderer Flüsse errichtet, um die zufließende Wassermenge zu erhöhen. Wird das Wasser zusätzlich oder ausschließlich durch Pumpen in das Oberbecken (Stausee) befördert, spricht man von einem Pumpspeicherkraftwerk.

Triebwasserzuführung

Das Wasser wird gespeichert und bei Bedarf durch einen Druckstollen und / oder über Druckrohrleitungen, zum tiefer gelegenen Kraftwerk (Maschinenkaverne) geleitet. Auf dem letzten Teilstück der Druckleitung, oft auch im Übergangsbereich zwischen Stollen und Rohrleitung, befindet sich häufig ein Wasserschloss.

Maschinenhaus

Die Rohrleitungen münden im Maschinenhaus, wo der Wasserdruck bis zu 200 bar beträgt. Das Wasser trifft hier auf die Turbine, versetzt sie in Rotation und überträgt seine potentielle Energie auf die Turbine. Diese treibt den Generator an, der den elektrischen Strom produziert. Danach gelangt das Wasser in das Unterbecken. Das Unterbecken ist oft selbst ein Stausee, der seinerseits wieder als Oberbecken für weitere Wasserkraftwerke verwendet wird. In Speicherkraftwerken werden je nach Fallhöhe und verfügbarer Wassermenge entweder Francis-Turbinen oder Pelton-Turbinen verwendet.

Merkmale

Abhängig vom Füll-/Entleerungsrhythmus werden Speicherkraftwerke in Tages-, Wochen-, Monats- und Jahresspeicher unterteilt. Besonders in den Alpen fungieren Speicherkraftwerke häufig als Jahresspeicher. Bei relativ geringem Zufluss durch das Schmelzwasser von Gletschern wird das Wasser im Sommerhalbjahr gespeichert, um schwerpunktmäßig im zwar schneereichen, aber wasserarmen Winterhalbjahr Strom zu produzieren.

Die Leistung des Speicherkraftwerkes steht bei Bedarf innerhalb von Minuten zur Verfügung und kann in einem weiten Bereich flexibel geregelt werden. Dies ist ein Vorteil gegenüber Mittel- und Grundlastkraftwerken, deren Leistung sich nur im Bereich von mehreren Stunden bzw. gar nicht anpassen lässt. Diese Eigenschaft ermöglicht es, den Strombedarf in Spitzenzeiten zu decken. Zusätzlich kann ein Speicherkraftwerk den Ausfall anderer Stromerzeuger kurzfristig überbrücken.

Speicherkraftwerke sind schwarzstartfähig und können daher bei totalen Stromausfällen zum Anfahren anderer Kraftwerke eingesetzt werden.

Literatur

• Adolf J. Schwab: Elektroenergiesysteme: Erzeugung, Transport, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie. 2. Auflage. Springer, 2009, ISBN 978-3-540-92226-1.

Weblinks

• Strom online – Speicherkraftwerk
• www.sueddeutsche.de – Wasserkraft contra Umwelt?