Forscher tüfteln am Wirkungsgrad im Pumpspeicherkraftwerk

In einem Pumpspeicherkraftwerk wird Wasser aus einem unteren Becken in ein höher gelegenes Becken gepumpt, wenn Kraftwerke einen Überschuss an Energie produzieren. Bei erhöhtem Strombedarf lässt man das Wasser aus dem oberen Becken in das untere Becken fließen und dabei Turbinen und Generatoren antreiben. So kann man Schwankungen bei Solarenergie und Windkraft ausgleichen oder die Industrie zu Spitzenzeiten schnell mit einem Extra an Energie versorgen.

Das Pumpspeicherkraftwerk ist eine seit Jahrzehnten ausgereifte Technologie. Ingenieure des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) arbeiten jetzt daran, wie man den Wirkungsgrad im Pumpspeicherkraftwerk verbessern kann. Dabei knöpfen sie sich die Wege des Wassers in einem Pumpspeicherkraftwerk vor: Wo gibt es Reibungsverluste? Krümmung, Drall, Geschwindigkeit – ein komplexes Zusammenspiel beeinflusst den Wirkungsgrad. „Ich weiß genau, was das Wasser an welcher Stelle macht“, sagt Thomas Mohringer vom Institut für Wasser und Gewässerentwicklung (IWG) des KIT.

Der Wasserbau-Ingenieur arbeitet daran, möglichst viel der Restenergie aus dem Wasser zu gewinnen, das im Turbinenbetrieb ins untere Becken eines Pumpspeicherwerkes strömt. Hier wird ein Rohr erweitert, dort wird die Strömung im Pumpspeicherkraftwerk mit Trennpfeiler zurecht gerückt – teils am physikalischen Modell im Wasserbaulabor, teils in numerischen Simulationen. Gefeilt wird an den Formen und Positionen der Pfeiler, an Querschnitten und Austrittswinkeln der Rohre. Verlusteinsparungen an allen Ecken und Kanten. „Prozentual gesehen liegt diese Verbesserung nur etwa im Bereich von 0,1 Prozent. Bedenkt man aber die enorme Leistung dieser Kraftwerke, heißt es, dass man bei einer Turbinenleistung von 1400 MW durch die Optimierung bis zu 1,4 MW Regelleistung mehr zur Verfügung hat, ohne dass Zusatzkosten entstehen. Das entspricht der Leistung einer Windkraftanlage – ohne Zusatzaufwand, einfach durch ein intelligentes Bauwerksdesign. Darüber hinaus wird die Betriebssicherheit durch die homogenere Strömung im Bauwerk erhöht“, sagt Mohringer.

Geeignete Standorte für ein neues Pumpspeicherkraftwerk in Deutschland sind begrenzt. Doch gibt es vielleicht mehr Möglichkeiten, als man denkt: der Vorstand des Bergbaukonzerns RAG jedenfalls denkt über die Nutzung der stillgelegten Schächte für ein Pumpspeicherkraftwerk nach.