Pumpspeicherkraftwerke
Wasserkraftwerk plus Energiespeicher
Pumpspeicherkraftwerke sind Mulitfunktionskraftwerke
Der Energieverbrauch nimmt rapide zu. Gleichzeitig wird es immer schwieriger, Energieerzeugung und -verbrauch durchgehend im Gleichgewicht zu halten. Pumpspeicherkraftwerke haben als multifunktionale Kraftwerke das Potenzial, diesen Herausforderungen zu begegnen. Die Pumpspeichertechnologie ist bislang die einzige, langfristig technisch erprobte und kostengünstige Form, um Energie im großen Maßstab zu speichern und kurzfristig zur Verfügung zu stellen.
450 Pumpspeichereinheiten weltweit von Voith installiert
Die Vorteile von Pumpspeicherkraftwerken:
- Flexibel und zuverlässig: Pumpspeicheranlagen sind in der Lage, in kürzester Zeit auf Netzschwankungen zu reagieren, indem sie benötigte Elektrizität generieren oder überschüssige aufnehmen.
- Reserve bei wenig Wind oder Sonne
- „Grüne Batterie": Nach heutigem Stand der Technik ist die Pumpspeicherung die einzige Möglichkeit, Energie auf wirtschaftlich tragfähige Weise in größerem Umfang zu speichern.
- Hoher wirtschaftlicher Wert: Pumpspeicheranlagen arbeiten mit einem Wirkungsgrad von bis zu 82 Prozent.
- Wasserressourcen-Management und Hochwasserschutz
- Außergewöhnliche Lebensdauer von mehr als 80 Jahren
- Hybrid-Konzepte: Kombination von Pumpspeicher- und Wind-/Solaranlagen
- Symbiotische Konzepte: Erneuerbare Energie und sauberes Trinkwasser
Hybride und symbiotische Konzepte bieten neue Möglichkeiten
Bei dem neuartigen Konzept der Kombination aus Windkraft und Wasserkraft wird das Oberbecken in dem Fundament der Türme der Windkraftanlagen integriert. Dadurch kann der Eingriff in die Landschaft durch geringere Baumaßnahmen reduziert werden. Auch die Planungs- und Infrastrukturkosten fallen geringer aus, da beide Technologien den gleichen Netzanschlusspunkt und eine gemeinsame Schaltanlage nutzen.
Durch die Kombination der Technologien werden neue Vermarktungsmöglichkeiten geschaffen, die durch den Betrieb als reinen Windpark nicht zur Verfügung stehen.Das erweitert die Möglichkeiten der dezentralen Pumpspeicherung.
Liefern die Windkraftanlagen mehr Strom als benötigt, wird Wasser aus dem Unterbecken in die Oberbecken der Windkraftanlagen gepumpt. Herrscht Flaute oder wird mehr Strom benötigt, fließt das Wasser durch die Rohre ins Unterbecken und treibt dabei eine Turbine an, die über den angeschlossenen Motor-Generator Strom erzeugt und in das Netz einspeist.
Die Verwendung von Salzwasser für Pumpspeicherkraftwerke bietet ein enormes Potenzial: Hierbei wird das Meer als Unterbecken genutzt, kostbares Süßwasser bleibt unberührt. Dieses symbiotische Konzept mit der Nutzung von Salzwasser stellt eine ideale Anwendung für kleine Netze auf Inseln dar. Um die Anlage vor Korrosion zu schützen, gibt es technische Lösungen.
Durch die Kombination eines Meerwasserpumpspeichers und einer Entsalzungsanlage, die mit Umkehrosmose (Reverse Osmosis) arbeitet und dadurch aus Meerwasser frisches Trinkwasser gewinnt, können wir in trockenen Küstengebieten dazu beitragen, gleichzeitig Süßwasser und umweltfreundliche Energie herzustellen. Das Meer würde als Unterbecken genutzt, das Oberbecken könnte sich in küstennahen Bergregionen befinden.
Im Webcast werden Lithium Ionen Batterien mit Pumpspeichern verglichen. Der Vergleich berücksichtigt Rohmaterialien, Investitionskosten und den ökologischen Fußabdruck. Dr. Krüger arbeitete bereits für verschiedenste nationale und internationale Wärme- und Wasserkraftwerke in Führungspositionen.
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Das Funktionsprinzip –
zugleich 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
- Strom wird aus dem Stromnetz entnommen, um den Motor zu betreiben.
- Der Motor treibt die Pumpturbine an.
- Das Wasser aus dem Unterbecken wird in das Oberbecken gepumpt.
Energieerzeugung –
Turbinenbetrieb
- Das Wasser aus dem Oberbecken wird durch einen Druckschacht auf die Pumpturbine geleitet und treibt sie an.
- Die Turbine treibt den Generator an, der Energie erzeugt und in das Netz abgibt.
- Das Wasser fließt in das Unterbecken.
Die Charakteristik von Pumpspeicherkraftwerken:
Pumpspeicherung ist in wirtschaftlicher und ökologischer Hinsicht die 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.
Reversible Maschinensätze
Reversible Maschinensätze bestehen aus einem Motorgenerator und einer reversiblen Pumpturbine, die je nach Drehrichtung entweder als Pumpe oder Turbine arbeitet. Das Design ermöglicht kompakte Kraftwerksanlagen, die Ausrüstungs- und Infrastrukturkosten sparen. Mit einer großen Auswahl an spezifischen Geschwindigkeiten können Pumpturbinen an Standorten mit Fallhöhen von weniger als 50 und bis zu 800 m installiert werden, und für Einheitenkapazitäten von weniger als 10 bis mehr als 500 MW.
Die konventionellen reversiblen Einheiten werden mit Nenndrehzahl betrieben. Diese Einheiten sind im Turbinenbetrieb regelbar; der jeweilige Lastbereich liegt zwischen 50 und 100% der Nennleistung.
Maschinensätze mit fester Drehzahl beruhen auf bewährter Technologie und werden weltweit in vielen Pumpspeicherkraftwerken eingesetzt.
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 hocheffiziente Stabilisierung des Netzes.
Frades II, PortugalTernäre 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 hydraulischer Wandler bereitgestellt werden.
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.
Limberg II & Kopswerk II
Mehrstufige Pumpen sind die technische Lösung für Kraftwerke mit großer Förderhöhe bis zu 1 500 m. Die Anzahl der Stufen steigt mit der Förderhöhe und ist optimiert für eine hohe Pumpenleistung gepaart mit einem wirtschaftlichen Aushubniveau des Kraftwerks.
Druckschriften
Pumpspeicherkraftwerke im Betrieb
Voith verfügt über mehr als 100 Jahre Erfahrung mit Pumpspeicherkraftwerken und liefert die modernsten und effizientesten Anlagen der Welt.
Ihr regionaler Ansprechpartner
Voith baut das erste Pumpspeicherkraftwerk in Deutschland
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.
Geschichte
Die Brunnenmühle ist noch heute das Forschungs- und Entwicklungszentrum von Voith Hydro, welches im Jahr 2008 komplett modernisiert wurde.
