Speicher

Auswirkungen von Speichertechnologien auf Natur und Landschaft

Pumpspeicherkraftwerk Goldisthal - das größte Pumpspeicherkraftwerk in Deutschland. Luftbildaufnahme, Vattenfall/ T. Schubert

Pumpspeicherkraftwerke (PSW) sind die aktuell einzig nutzbare großtechnische Stromspeichertechnologie. Sie weisen  einen sehr guten Gesamtwirkungsgrad zwischen 75 und 83 Prozent auf, sind technisch ausgereift sowie vielfach erprobt und können daher einen wichtigen Beitrag zur Systemsicherheit und Netzstabilität bei einem zunehmenden Anteil erneuerbarer Energien leisten. Aktuell werden in Deutschland 31 PSW betrieben (siehe Liste 1). Es sollen 13 weitere Ausbau- und Neubauprojekte angegangen werden (siehe Liste 2). Ein Beispiel dafür ist das geplante PSW Atdorf der Schluchseewerk AG in Baden-Württemberg, das sich im Planfeststellungsverfahren befindet.

Werden alle geplanten PSW realisiert steigt die installierte Leistung von 4,4 GW auf 10,8 GW, das heißt um 70%. Die Ausbaupotenziale von PSW sind aufgrund der topographischen Gegebenheiten (geringer Anteil von Gebirgen an der Landesfläche) begrenzt. Darüber hinaus stehen häufig weitere Faktoren wirtschaftlicher, politischer und gesellschaftlicher Art dem Bau von PSW entgegen. Auch wenn PSW aktuell die kostengünstigste Speichertechnologie darstellen, ist der Neubau mit hohen Kosten und enormen Eingriffen in Natur und Landschaft verbunden.

Neben der Flächeninanspruchnahme durch die Schaffung von Becken und der technischen Bauwerke ergeben sich durch den Neubau von PSW bau-, anlage- und betriebsbedingte Auswirkungen auf Flora und Fauna, wie z. B. Biotopverlust und Verdrängung, Veränderung von Standortfaktoren und Störungswirkungen während der Bauzeit. Mit dem Bau von PSW verändern sich nicht nur das Landschaftsbild und die Morphologie der betroffenen Region, sondern damit auch das Abflussverhalten des Unterwassers und die Standortbedingungen in den Uferzonen. Damit einher steigt das Risiko bezüglich von Schadstoffauswaschungen.

Druckluftspeicherkraftwerke (CAES = Compressed air energy storage) wandeln während des Ladevorgangs elektrische Energie in mechanische Energie um. Bei adiabaten Druckluftspeichersystemen wird die im Verdichtungsprozess frei werdende Wärme wieder zur Aufheizung der Druckluft vor dem Eintritt in die Turbine genutzt. Dabei wird ein Wirkungsgrad von 60 bis 70 Prozent erreicht. Zudem sind adiabate Druckluftspeicher flexibel einsetzbar, da sie innerhalb von 15 Minuten hoch fahrbar sind.

Die kapazitätsbezogenen spezifischen Investitionskosten dieser Technologie liegen deutlich unter denen von Pumpspeicherkraftwerken (siehe zfes 2012), die Betriebskosten jedoch darüber, so dass sich die Technologie heute noch nicht rechnet. Der Landschaftsverbrauch ist jedoch im Vergleich zu PSW deutlich geringer, Umweltprobleme bereiten dagegen die gewaltigen Sole-Mengen, die beim Aushöhlen der Salzkavernen anfallen und deren Ableitung. Dies kann zur Belastung von Oberflächengewässern durch die Sole-Einleitung führen. Die Technologie ist noch längst nicht marktreif: Das erste Demonstrationskraftwerk ist für 2016 geplant. Langfristig werden die Druckluftspeicherpotenziale in Deutschland auf bis zu 3,5 TWhel geschätzt. Da diese Potenziale wegen der dortigen Salzkavernen vor allem in Norddeutschland liegen, eignet sich die Technologie – die entsprechenden politischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen vorausgesetzt – zum kurzzeitigen regionalen Ausgleich von Erzeugungsspitzen und Flauten bei der Windenergie und ist damit womöglich eine gute Ergänzung zu den südlichen Pumpspeicherkraftwerken in den Mittel- und Hochgebirgen.

Während die Pump- und Druckluftspeicherkapazitäten in Deutschland auch perspektivisch nur zur Ausbalancierung von stunden- und tageweisen Schwankungen ausreichen werden, ist die Umwandlung von überschüssigem Strom aus erneuerbaren Energien in Methan (Power to gas, PtG) geeignet, auch langfristige saisonale Flauten auszugleichen und Energie sektorübergreifend bereitzustellen. PtG erreicht bis zum Prozessschritt der Methanspeicherung einen Wirkungsgrad von ca. 60 Prozent, über die gesamte Prozesskette (bei Rückverstromung ohne Wärmeauskopplung) jedoch nur einen Wirkungsgrad von ca. 35 Prozent.

Andererseits bietet es entscheidende Vorteile aufgrund der multifunktionalen Einsetzbarkeit und der hohen Energiedichte des erzeugten Methans. So würde das Stromnetz mit dem Erdgasnetz verknüpft und dessen immense Speicherkapazitäten von 200 TWhth, (entspricht bei effizienter Rückverstromung 120 TWhel) würden dezentral nutzbar. Zudem stehen durch die dafür bereits vorhandene Gas-Infrastruktur in den Bereichen Wärme, Verkehr und Industrie enorme sektorübergreifende Nutzungspotenziale zur Verfügung. Mit dem PtG-Konzept würde so perspektivisch ein dezentraler Langzeitspeicher geschaffen, der darüber hinaus im Vergleich mit den anderen Speichertechnologien die geringsten bau- und anlagebedingten Auswirkungen auf Natur und Landschaft mit sich bringt.

Dezentrale Speicherung können auch Batterien leisten – dabei prinzipiell auch diejenigen, die in Elektrofahrzeuge eingebaut sind bzw. sein werden. Da die Speicherkapazitäten von Batterien meist stark begrenzt sind, dienen sie jedoch eher als Kurzzeitspeicher für wenige Stunden. Ihre Wirkungsgrade sind stark technologieabhängig und reichen von 67 bis 95 Prozent. So können Batteriespeicher eingesetzt werden, um regionale Versorgungsaufgaben zu lösen, beispielsweise die Kopplung mit PV-Anlagen zur Deckung des Eigenbedarfs. Sie ersetzen damit jedoch nicht den o. g. Bedarf an zentralen Großspeichern. Außerdem bringt die massive Nachfrage nach Batterien Rohstoffkonflikte und Entsorgungsprobleme mit sich.

Betrachtet man die wichtigsten Kriterien – Wirkungsgrad, Kosten, Ausbaupotenzial, Passung ins Gesamtsystem sowie Auswirkungen auf Mensch und Natur – dann wird deutlich, dass Deutschland auf einen Mix der verschiedenen Speichertechnologien im In- und Ausland zurückgreifen muss. Klar wird auch, dass ein deutlicher Ausbau der Stromspeicherkapazitäten in Deutschland unvermeidbar ist. Daran ändert auch der zunächst langsam steigende Speicherbedarf nichts. Schließlich befinden sich viele Technologien erst im Entwicklungsstadium, andere benötigen lange Planungs- und Realisierungszeiten.

Downloads & Quellen

Liste 1: Übersicht zu den Pumpspeicherkraftwerken in Deutschland mit natürlichem Zufluss (PM) und ohne einen solchen (PO); Stand 01.03.2010 nach Ingenieurbüro Flocksmühle et al. (2010).
UEbersicht PSW Dt Stand-201041,37 KBDownload
Geplante Pumpspeicher- und Kavernenkraftwerke in Deutschland (Stand 2012)
Geplante PSW Dt Stand-201235,73 KBDownload
Ingenieurbüro Flocksmühle, Universität Stuttgart, Fichtner GmbH & Co. KG (2010): Potenzialermittlung für den Ausbau der Wasserkraft in Deutschland (Kurzfassung).
Flocksmuehle 2010 Wasserkraftpotenzial518,74 KBDownload
Zentrum für Energieforschung Stuttgart (zfes) (2012): Stromspeicherpotenziale für Deutschland.
zfes 2012 Stromspeicherpotenziale Dt2,55 MBDownload