Speicherkraftwerk (Wasser)
Als Speicherkraftwerk wird im Rahmen der elektrischen Energietechnik und der Stromerzeugung ein größerer Energiespeicher bezeichnet, in welchem mittels eines Energieträgers, in diesem Fall Wasser, elektrische Energie in verbrauchsarmen Zeiten gespeichert und bei hoher Leistungsnachfrage zeitversetzt und gezielt abgegeben werden kann. Er dient der Deckung von Spitzenleistung und im Rahmen der Netzregelung der Bereitstellung von Regelleistung.
Es handelt sich hierbei um eine Art von Wasserkraftwerk. Eine besondere Bauform stellt das Pumpspeicherkraftwerk da.
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
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 zur Verfügung stehenden 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.
Weblinks
Literatur
- Adolf J. Schwab: Elektroenergiesysteme: Erzeugung, Transport, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie. 2. Auflage. Springer, 2009, ISBN 978-3-540-92226-1.