Strom speichern mit Wasser

Pumpspeicherkraftwerke sind eine bewährte und kostengünstige Möglichkeit für die Speicherung großer Energiemengen. Laut einer australischen Studie gibt es weltweit weitaus mehr als genügend geeignete Standorte dafür.

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Wasser ist nicht nur Leben, sondern auch Energie.

(Bild: Photo by Ryan Loughlin on Unsplash)

Von
  • Sascha Mattke

Stromerzeugung aus Wind oder Sonne zählt mittlerweile in den meisten Ländern zu den preisgünstigsten Optionen, doch für eine verlässliche Versorgung in wind- und sonnenarmen Zeiten werden Speicher benötigt – und zwar umso mehr, je größer der Anteil der erneuerbaren Quellen wird. Ein bewährtes Konzept dafür sind Pumpspeicherkraftwerke. Deren Potenzial galt bislang als relativ begrenzt, doch australische Forscher kommen jetzt zu einem ganz anderen Ergebnis: Mit einer Computer-Auswertung haben sie weltweit 530.000 Standorte gefunden, die zusammen weitaus mehr Energie speichern könnten, als für ein rein erneuerbares Stromsystem erforderlich wäre.

"Schon ein kleiner Bruchteil der von uns identifizierten Standorte würde für ein globales Stromsystem mit 100 Prozent erneuerbarer Energie ausreichen. Wir haben so viele davon identifiziert, dass deutlich weniger als die besten 1 Prozent wirklich gebraucht würden", sagt Matthew Stocks von der Australian National University (ANU), der zusammen mit Kollegen die Auswertung vorgenommen hat. Sie basiert auf Algorithmen, die zunächst nur für Australien entwickelt und im zweiten Schritt auf den Rest der Welt ausgeweitet wurden.

Zur Speicherung von Strom aus erneuerbaren Quellen sind unterschiedliche Konzepte denkbar. In jüngerer Vergangenheit wurden zum Beispiel mehrere Batterie-Parks aufgebaut, die große Mengen Strom aufnehmen und bei Bedarf sekundenschnell zur Verfügung stellen. Doch wo bereits in großem Umfang gespeichert wird, kommen heute in den allermeisten Fällen Pumpspeicherkraftwerke zum Einsatz. Laut den ANU-Forschern machen sie derzeit 97 Prozent der weltweiten Speicherkapazität aus und sind die kostengünstigste Technologie für Energiespeicher im großen Maßstab.

Das Prinzip ist auch denkbar einfach: Wenn mehr Strom zur Verfügung steht, als zu einem bestimmten Zeitpunkt gebraucht wird, nutzt man ihn für Pumpen, die Wasser aus einem niedriger gelegenen Reservoir in ein höheres befördern. Wenn dann Strom gebraucht wird, lässt man die Schwerkraft ihr Werk tun und das Wasser wieder zurückfließen. In den Leitungen dafür sind Turbinen installiert, die vom Wasser angetrieben werden und auf diese Weise wieder Strom produzieren.

Derzeit bestehende Pumpspeicherkraftwerke machen sich dafür die vorhandenen geologischen Gegebenheiten zunutze – der Idealfall sind zwei unterschiedlich hoch gelegene Seen, die als oberes und unteres Reservoir genutzt werden können. In diesem Fall muss nur noch die nötige Pump- und Generatortechnik installiert werden. Auf die Suche nach solchen Standorten konzentrierten sich die meisten der bislang erstellten Studien zu dem Thema.

Grundsätzlich aber lassen sich Reservoirs auch künstlich anlegen, und genau nach dafür geeigneten Standorten haben die australischen Forscher – außerhalb von Naturschutzgebieten und Städten – weltweit gesucht. Neben der Größe der möglichen Reservoirs spielt dabei der Höhenunterschied zwischen ihnen sowie die Frage eine Rolle, wie leicht sich eine Verbindung für den Transport von Wasser schaffen lässt und wie steil sie ist.

Herausfinden lässt sich das heutzutage relativ einfach mit der Hilfe von Geoinformationssystemen, denen man beispielsweise das Höhenprofil beliebiger Regionen entnehmen kann. Zusätzlich entwickelten die Forscher Algorithmen, die auf Grundlage solcher Daten geeignete Standorte identifizieren – als Mindestanforderung definierten sie unter anderem einen Höhenunterschied von 100 Metern, eine Reservoir-Größe von 1 Milliarde Liter und ein Gefälle von 1:20.

Auf diese Weise identifizierten die Forscher die rund 530.000 grundsätzlich für künstliche Pumpspeicherkraftwerke geeigneten Standorte, die zusammen für eine Speicherkapazität von etwa 22 Millionen Gigawattstunden ausreichen sollen. Unter der Annahme, dass in entwickelten Ländern pro Million Einwohner 20 Gigawattstunden Speicher benötigt werden, bedeutet das, dass die Standorte im globalen Maßstab mehr als 100-mal so viel Speicherpotenzial aufweisen, wie für ein rein erneuerbares Energiesystem benötigt würde.

"Die meisten Regionen der Welt haben eine große Zahl von nahe gelegenen potenziellen Standorten für Pumpspeicherkraftwerke", schreiben Stocks und Kollegen. Allerdings gibt es erhebliche Unterschiede. In Australien und Malaysia ist das Pumpspeicher-Potenzial laut der Studie mehrere tausendmal so hoch wie der Bedarf. Westeuropa liegt am anderen Ende des Spektrums, doch selbst hier kommen weitaus mehr Standorte in Frage, als tatsächlich benötigt würden.

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In Deutschland finden sich die meisten davon am Alpenrand und einige im Harz, während die windreiche Küstengegend der Republik keine guten Kandidaten zu bieten hat. Für den Transport zu den Speicherorten würden also wohl neue Stromtrassen gebraucht, die hierzulande politisch ein schwieriges Thema sind. Zudem haben die Forscher die identifizierten Standorte nicht näher untersucht, wie sie einschränken.

"Bislang herrschte die Wahrnehmung vor, dass es weltweit nur eine begrenzte Zahl von Standorten für Pumpspeicherkraftwerke gibt", sagt Stocks. Ihre Realisierung würde noch viele weitere Analysen und anschließende Arbeit erfordern. Doch der Eindruck der Standort-Knappheit kann mit der Studie der australischen Forscher als widerlegt angesehen werden.

[Aktualisierung, 29.4.2019, 16:30 Uhr: Der Artikel wurde um den Link zur Studie ergänzt. (jle)]

(sma)