3. Konstruktionsmerkmale des Pumpspeicherwerks

Das Pumpspeicherwerk besteht aus einem oberen Speichersystem mit mehreren Rohrleitungssystemen, wobei die Rohrleitungssysteme mit mehreren Rohrleitungsringen ausgestattet sind und der Rohrdurchmesser der Rohrleitungsringe bis zu mehreren Metern beträgt. Die Länge und Breite der Rohrleitungsringe beträgt mehrere Hundert Meter und darüber hinaus, um möglichst viel Wasser zu speichern.

Unterhalb der Rohrleitungssysteme sind die ersten Rohrleitungsringe, über die Fallrohre mit den Absperreinrichtungen,  mit einem oder mehreren Sammlern verbunden, die zum Turbinenhaus führen.

Durch die geöffneten Absperreinrichtungen strömt das Wasser durch das Turbinenhaus in den offenen Wasserspeicher. Das geleerte obere Speichersystem wird über das Pumpenhaus, über einem oder mehreren Steigrohren und über einem oder mehreren Verteilern mit Wasser gefüllt.

Das obere Speichersystem steht insbesondere ganz oder mit einem Teil der Abstützungen und seinen Fundamenten im Wasserspeicher, um den Platzbedarf des Pumpspeicherwerks zu reduzieren.

Das erste Rohrleitungssystem besteht aus einem horizontal liegenden ersten Rohrleitungsring und einem darüber liegenden zweiten Rohrleitungsring, die miteinander durch senkrecht stehende erste Hohlprofile befestigt sind und sich dabei gegenseitig abstützten. Durch die Öffnungen in dem ersten Rohrleitungsring und in dem zweiten Rohrleitungsring sind die ersten Hohlprofile mit Wasser gefüllt, wobei der erste und der zweite Rohrleitungsring einen gemeinsamen Raum bilden.

Mit einem Längenabstand und einem Breitenabstand zu dem ersten Rohrleitungssystem wird ein zweites Rohrleitungssystem installiert, wobei die horizontal liegenden Rohrleitungsringe des ersten Rohrleitungssystems mit den horizontal liegenden Rohrleitungsringen des zweiten Rohrleitungssystems in einer Ebene liegen.

Die Rohrleitungsringe des ersten Rohrleitungssystems sowie die Rohrleitungsringe des zweiten Rohrleitungssystems werden durch waagerecht liegende Abstandsprofile miteinander befestigt.

Durch das Befestigen der Abstandsprofile zwischen den Rohrleitungssystemen wird das obere Speichersystem wie in einem Baukastensystem zusammengesetzt.

Die Abstützung der einzelnen Rohrleitungssysteme geschieht durch ein Fachwerk, in dem die Rohrleitungsringe befestigt sind.

Die Rohrleitungssysteme werden in statisch bestimmte Felder unterteilt.

Um die Speicherkapazität des oberen Speichersystems zu erhöhen, sind zusätzliche Rohrleitungssysteme in einem entsprechenden Längenabstand und in einem entsprechenden Breitenabstand installiert.

4. Einsatzgebiet des Pumpspeicherwerks

Das Pumpspeicherwerk kann auf ehemalige Zechengelände, auf stillgelegte Kraftwerksgelände, in Braunkohletagebaue oder auf großen Gewerbegebieten installiert sein. Außerdem kann das Pumpspeicherwerk um bestehende Industrieanlagen herum installiert werden. Bei dem Aufbau des Pumpspeicherwerks an der Küste kann ein offener Wasserspeicher mit einem Zugang zum Meer geschaffen werden.

Bei der gleichzeitigen Entnahme des gespeicherten Wassers aus allen Rohrleitungssystemen durch einen Sammler ist der Wasserstand der Rohrleitungsringe in dem Rohrleitungssystem wie in den kommunizierenden Röhren überall gleich.

Durch den Einsatz von mehreren Sammlern unter dem oberen Speichersystem können die Rohrleitungssysteme einzeln zu mehreren oder alle zusammen zeitlich unabhängig durch öffnen oder schließen der Absperreinrichtungen gesteuert werden, um das Wasser für eine oder mehrere Turbinen zu entnehmen. Einzelne Rohrleitungssysteme können auch bei laufendem Betrieb so gesteuert werden, dass sie entleert werden können, um Inspektionen und Reparaturen durchzuführen. Die Rohrleitungssysteme des oberen Speichersystems können durch die Pumpen über die Steigleitungen einzeln, zu mehreren oder alle zusammen zeitlich unabhängig durch öffnen oder schließen der Absperreinrichtungen mit Wasser befüllt werden.

Die Wasserentnahme aus den einzelnen Rohrleitungssystemen durch das Turbinenhaus ist unabhängig von der Befüllung durch das Pumpenhaus. Außerdem können die Wasserstände in den einzelnen Rohrleitungssystemen unabhängig voneinander sein

Durch den Bau des Pumpspeicherwerks mit einem offenen Wasserspeicher bedeutet einen nicht so gravierenden Eingriff in die Natur und in die Landschaft, da die Gewerbeflächen durch ehemalige Kraftwerksbauten versiegelt sind. Durch die Überführung der Gewerbeflächen in eine neue Bestimmung mit einem offenen Wasserspeicher kann dem Naturschutz genüge getan werden. Die Konflikte mit den Anwohnern sind geringer durch schon genehmigte Gewerbegebiete.

Daher werden bei der Bewertung möglicher Standorte zahlreiche Kriterien des Umwelt- und Naturschutzes berücksichtigt, um die potenziell für Pumpspeicherwerke geeigneten Standorte im Land zu finden und die eine möglichst geringe Konfliktintensität mit den Anwohnern aufweisen.

5. Vermarktungswert

Pumpspeicherwerke bieten eine Möglichkeit, den nachts oder zu Absatz schwachen Tageszeiten ins Netz eingespeisten Strom, der zu vergleichsweise günstigen Preisen verfügbar ist, zeitlich versetzt, in deutlich teurer absetzbaren Strom für Bedarfsspitzen umzuwandeln.

Mit dem Ausbau der erneuerbaren Energie im Zuge der Energiewende hat sich das Betriebsmuster von Pumpspeicherkraftwerken deutlich gewandelt. Insbesondere im Sommer, wenn die Fotovoltaik tagsüber große Mengen elektrischer Energie ins Netz speist, wird die Mittagsspitze und häufig auch große Teile der Mittellast von Fotovoltaikanlagen gedeckt, sodass sich die Betriebszeiten von Pumpspeicherwerken stärker in die Morgen- und Abendstunden verschieben. Gleichzeitig führt der Ausbau von Wind- und Solarenergie langfristig zu einem zunehmenden Speicherbedarf, um die volatile Erzeugung ausgleichen zu können.

Durch den Einsatz von mehreren Sammlern unter dem oberen Speichersystem des Pumpspeicherwerks können die Rohrleitungssysteme einzeln, zu mehreren oder alle zusammen, zeitlich unabhängig durch öffnen oder schließen der Absperreinrichtungen gesteuert werden, um das Wasser für eine oder mehrere Turbinen zu entnehmen, wobei einzelne Rohrleitungssysteme auch bei laufendem Betrieb so gesteuert werden, dass sie entleert werden können, um Inspektionen und Reparaturen durchzuführen, wobei die Rohrleitungssysteme des oberen Speichersystems durch die Pumpen über die Steigrohre einzeln, zu mehreren oder alle zusammen zeitlich unabhängig, durch öffnen oder schließen der Absperreinrichtungen über den Verteiler mit dem Wasser befüllt werden. Durch diese Flexibilität ist gewährleistet, dass das Pumpspeicherwerk immer mit dem besten Wirkungsgrad betrieben werden kann. Dabei kann es große oder auch kleine Menge an elektrische Energie bereitstellen.

Die Wasserentnahme aus den einzelnen Rohrleitungssystemen des oberen Speichersystems durch das Turbinenhaus über mehrere Sammler ist unabhängig von der Befüllung durch das Pumpenhaus über mehrere Verteiler und wird nur durch den Wasserstand in den einzelnen Rohrleitungssystemen des Speichersystems bestimmt.

Die Energieerzeugung kann dem Verhalten von Verbrauchern abhängig von der Tageszeit besser angepasst werden. Selbst bei eine nicht vorhersehbare Verschiebung der Lastspitzen während eines Tages kann flexibel darauf reagiert werden

Auch wenn während des Betriebs ein oder mehrere Rohrleitungssysteme ausfallen, kann das Pumpspeicherwerk weiter arbeiten und somit einen Umsatz erwirtschaften.

6. Vermarktung

Das Pumpspeicherwerk über Tage ist auch in Ländern einsetzbar mit einem auch in Zukunft hohen Einsatz von Grundlastwerken. Hierbei dient es zur besseren Auslastung von Kernkraftwerken, Braun- und Steinkohlekraftwerken.

Dabei wird das Pumpspeicherwerk in Großbetrieben mit hohem Stromverbrauch eingesetzt, z. B. in der Chemieindustrie, in der Autoindustrie, in der Hüttenindustrie sowie für den privaten Verbrauch. Durch die Steuerung der einzelnen Rohrleitungssysteme ist das Pumpspeicherwerk in der Lage, Windkraftwerke, Sonnenkollektoren sowie die Energie aus Biomasse zu speichern und die einzelnen Gewerke besser miteinander zu vernetzen.

7. Kostenanalyse

Pumpspeicherwerke dieser Art, deren Speichersysteme über Tage angeordnet sind, wurden bisher im industriellen Maßstab noch nicht realisiert, sodass für diesen Anwendungsfall auf keine Erfahrungswerte zurückgegriffen werden kann.

Die Realisierung des Pumpspeicherwerks über Tage ist technisch anspruchsvoll, dafür wird wegen der geringeren Flächeninanspruchnahme eine größere gesellschaftliche Akzeptanz erwartet.