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Pumpspeicherkraftwerke

Pumpspeicherkraftwerke

Wasserkraftwerk plus Energiespeicher

Weltweit sind mehr als 200 Pumpspeichereinheiten von Voith installiert

    Die Erzeugung und der Konsum von Elektrizität laufen nicht immer synchron ab. In Industriestaaten wie auch in Schwellenländern mit wachsendem Energiebedarf entstehen täglich Schwankungen im Stromnetz. Pumpspeicherkraftwerke sind weltweit sehr gut geeignet, diesen häufigen Wechsel zwischen Elektrizitätsmangel und -überschuss auszugleichen.

    Zuverlässig und schnell

    Im Gegensatz zu thermischen Kraftwerken können Pumpspeicherkraftwerke in kürzester Zeit auf Netzschwankungen reagieren, indem sie benötigte Elektrizität generieren oder überschüssige aufnehmen. Moderne Anlagen benötigen zum Start der Pumpen oder Turbinen aus dem Stillstand nur 30 Sekunden. Bei einem Ausfall des Energieversorgungssystems können Pumpspeicherkraftwerke ohne äußere Energiezufuhr das Netz wieder aufbauen.

    Wegbereiter der erneuerbaren Energien

    Die höchste installierte Leistung an Pumpspeicherkraftwerken befindet sich in den USA, China, Japan und Westeuropa. Rund um den Globus setzen immer mehr Länder auf das Potenzial von Pumpspeicherkraftwerken, da sie den Weg für den verstärkten Einsatz erneuerbarer Energien bereiten. Stromerzeugung aus Wind- und Solarkraftwerken unterliegt starken Schwankungen. Sie können Strom nicht immer in den geforderten Mengen oder zum gewünschten Zeitpunkt bereitstellen. Überschüssige Energie muss deshalb gespeichert werden, damit sie jederzeit abrufbar ist. Nach heutigem Stand der Technik gibt es nur eine Möglichkeit, dies wirtschaftlich und im großen Stile zu tun - mit Hilfe von Pumpspeicherwerken. Daher wird der Bedarf an Pumpspeicherkraftwerken weltweit weiter zunehmen.

    Voith verfügt über mehr als hundert Jahre Erfahrung mit Pumpspeicherwerken und stattet die modernsten und leistungsfähigsten Anlagen der Welt aus.

    Pumpspeicherkraftwerke werden mit dem zunehmenden Anteil erneuerbarer Energien wichtiger.
    Jürgen Schmid, Fraunhofer-Institut für Windkraft und Energiesystemtechnik

    85 Prozent Wirkungsgrad

    Pumpspeicherkraftwerke arbeiten mit einem Wirkungsgrad von bis zu 85 Prozent außerordentlich wirtschaftlich.

    Pumpspeicherkraftwerke

      Pumpspeicherung ist die in wirtschaftlicher und ökologischer Hinsicht am weitesten entwickelte Form der Energiespeicherung, wenn überschüssige Last im Netz vorhanden ist. Die gespeicherte Energie wird dem Netz für Spitzenbedarfszeiten und zur Systemregulierung wieder zur Verfügung gestellt.

      Voith nutzt diese Technologie schon seit ihrer Erfindung. Inzwischen sind weltweit mehr als 200 Pumpspeichereinheiten von Voith mit einer kombinierten Leistung von mehr als 24 000 MW installiert.

      Pumpspeicheranlagen können auf verschiedene Weise konfiguriert werden. Reversible Maschinensätze oder ternäre Systeme aus Motorgenerator-, Turbinen- und Pumpeinheiten können installiert werden.

      Ternäre Systeme

      Ternäre Systeme bestehen aus einem Motorgenerator und einer separaten Turbine (üblicherweise Francis oder Pelton) und einem Pumpensatz. Bei zwei getrennten Hydraulikmaschinen kann die Drehrichtung des Motorgenerators in beiden Betriebsmodi dieselbe sein. Dies führt zu beachtlichen wirtschaftlichen Vorteilen für den Betrieb des Kraftwerks. Zum Umschalten zwischen Turbinen- und Pumpenbetrieb können eine Kupplung, die im Stillstand betrieben wird, eine Startturbine oder ein Drehmomentwandler bereitgestellt werden.

      Hydraulischer Wandler

      Der hydraulische Wandler bietet extrem kurze Schaltzeiten zwischen Turbinen- und Pumpenbetrieb.
      In Sekundenschnelle kann die stillstehende Speicherpumpe mit dem rotierenden Wellensystem verbunden oder von ihm getrennt werden.

      Reversible Maschinensätze

      Reversible Maschinensätze bestehen aus einem Motorgenerator und einer reversiblen Pumpturbine, die je nach Drehrichtung entweder als Pumpe oder Turbine funktioniert. Das Design ermöglicht kompakte Krafthäuser, die Ausrüstungs- und Infrastrukturkosten sparen. Mit einer großen Auswahl an spezifischen Geschwindigkeiten können Pumpturbinen an Standorten mit Fallhöhen von weniger als 50 bis mehr als 800 m installiert werden, und für Einheitenkapazitäten von weniger als 10 bis mehr als 500 MW.

      Variable Drehzahl

      Mit der Verwendung von Asynchronmotorgeneratoren kann die Drehzahl der Turbine variiert werden. So kann die Pumpenkapazität an die gerade verfügbare Energiemenge angepasst werden. Dies ermöglicht eine hoch effiziente Stabilisierung des Netzes.

      Ob als reversible Pumpturbinen oder als Kombination aus Turbine und Pumpe, diese Maschinen haben sich als äußerst langlebig erwiesen. In vielen Fällen arbeiten sie seit Jahrzehnten zuverlässig.

      Hier finden Sie die Kurzfassung unserer Studie über Pumpspeicherkraftwerke

        Das Funktionsprinzip - einfach und genial

          Die Funktionsweise von Pumpspeicherkraftwerken ist einfach und genial zugleich. Das Besondere: Sie sind Energiespeicher und Wasserkraftwerk in Einem. Ist im Netz ein Stromüberschuss vorhanden, schaltet das Pumpspeicherkraftwerk auf Pumpbetrieb: Ein Elektromotor treibt Pumpturbinen an, die Wasser aus einem unteren Reservoir in ein höher gelegenes Becken befördern. Steigt die Nachfrage nach Strom im Netz, lässt man das Wasser aus dem Oberbecken durch eine Druckrohrleitung nach unten stürzen. Das Wasser setzt die Pumpturbinen in Bewegung, die jetzt im Turbinenbetrieb arbeiten und ihrerseits Generatoren antreiben. Innerhalb von Sekunden wird Strom erzeugt und ins Netz eingespeist.

          Energiespeicherung – Pumpbetrieb

          1. Strom wird aus dem Netz entnommen, um den Motor zu betreiben.
          2. Der Motor treibt die Pumpturbine an.
          3. Das Wasser aus dem Unterbecken wird in das Oberbecken gepumpt.

          Energieerzeugung – Turbinenbetrieb

          1. Das Wasser aus dem Oberbecken wird durch einen Druckschacht auf die Pumpturbine geleitet und treibt sie an.
          2. Die Turbine treibt den Generator an, der Energie erzeugt und in das Netz abgibt.
          3. Das Wasser fließt in das Unterbecken.

          Ihr regionaler Ansprechpartner

          Voith baut das erste Pumpspeicherwerk Deutschlands

            Im Jahr 1907 erwirbt der Heidenheimer Unternehmer und Ingenieur Friedrich Voith in unmittelbarer Nähe seiner Fabrik die Brunnenmühle und richtet hier eine Versuchsanstalt für Wasserturbinen ein. Die Mühle liegt im Tal an der Brenz.

            Um die notwendige Fallhöhe für Turbinenversuche zu erhalten, lässt Voith auf dem nahegelegenen Schlossberg einen Hochwasserbehälter errichten. Von hier rauscht das Wasser in Leitungen in die Brunnenmühle. Ist der Behälter leer, wird Wasser von unten wieder nach oben gepumpt. Mit seiner Versuchsanstalt Brunnenmühle baut Voith fast nebenbei das erste Pumpspeicherwerk Deutschlands. Es geht am 14. November 1908 in Betrieb.
            Die Brunnenmühle ist noch heute das Forschungs- und Entwicklungszentrum von Voith Hydro, welches im Jahr 2008 komplett modernisiert wurde.

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