Eine M?glichkeit, die Schwankungen der erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne zu überwinden, ist die Speicherung von Energie mit Hilfe von Wasserkraftwerken (PHES).

Die Idee der Pumpspeicherung ist nicht neu, aber ihre St?rken und ihre Praxistauglichkeit überzeugen immer mehr L?nder, die die Widerstandsf?higkeit ihrer Energienetze verbessern und st?rker auf erneuerbare Energien setzen wollen. PHES k?nnen Energie auf der Ebene von Regionen oder L?ndern speichern, und zwar für Stunden oder Tage. Zum Vergleich: Das Pumpspeicherkraftwerk Bath County, eines der gr??ten der Welt, hat eine Erzeugungskapazit?t von 3 GW und kann 24 GWh speichern, w?hrend die gr??ten in Betrieb befindlichen Batteriespeicher vielleicht 1-2 GWh speichern.

Die Bereitstellung von Speicherkapazit?ten mit hoher Kapazit?t und langer Lebensdauer erh?ht die Netzstabilit?t, wenn sie in Kombination mit intermittierender oder stark schwankender Erzeugung genutzt wird. Die gespeicherte Energie kann bei Bedarf abgerufen werden, was die Zuverl?ssigkeit des Netzes verbessert, insbesondere in Zeiten hoher Nachfrage oder bei Ausf?llen. Die Energiespeicherung verringert auch die Notwendigkeit, die Einspeisung erneuerbarer Energien in Zeiten hoher Leistung und geringer Nachfrage zu drosseln. Daher maximiert sie den Wert von mehr erneuerbarer,CO2-armer Energie.

Wie bei der Energiewende üblich, gibt es auch bei dieser Technologie, obwohl sie gut erprobt ist, viele Entwicklungshürden, die einen erfahrenen, multidisziplin?ren Ansatz und Zeit zur überwindung erfordern. PHES-Anlagen erfordern eine Wasserspeicherkapazit?t mit geeigneter Topologie sowie eine günstige Geologie, Hydrologie und N?he zu Netzinfrastrukturen und Nachfragezentren. Diese Anforderungen schr?nken die Zahl der potenziellen Standorte ein, und die M?glichkeiten für neue PHES-Anlagen scheinen begrenzt zu sein - wie also k?nnten PHES-Anlagen zu einem gr??eren Bestandteil der Energiewende werden?

Von der Wasserkraft zu PHES

Bei Arup haben wir uns die Frage gestellt, wie die Nutzung von PHES am besten ausgeweitet und die dringend ben?tigte langfristige Speicherung in Stromnetzen erm?glicht werden kann. Weltweit gibt es eine gro?e Anzahl bestehender Wasserkraftanlagen, aber wie im IHA-Bericht zum Stand der Wasserkraft 2022 berichtet, bieten derzeit nur 12 % dieser Kapazit?t Pumpspeicherung.

Bei den verbleibenden 88 % beginnen die Kunden und Betreiber jedoch, die Nachrüstung bestehender Wasserkraftwerke mit PHES-Anlagen in Betracht zu ziehen. Dies k?nnte den Anbau eines neuen Oberbeckens und eines PHES-Kraftwerks an ein bestehendes Unterbecken oder die Einführung von Pumpanlagen in einer Reihe von Kaskadenspeichern zur Rückführung von Wasserstr?men flussaufw?rts beinhalten. Der Retrofit-Ansatz k?nnte M?glichkeiten bieten, den Wert von Wasserkraftanlagen als Erzeugungs- und Speicheranlagen zu erh?hen, w?hrend die Nutzung bestehender Stauseen dazu beitragen kann, die Umweltauswirkungen von PHES zu begrenzen und einige der mit neuen Infrastrukturprojekten verbundenen Entwicklungsprobleme zu überwinden.

Wir alle wissen, dass die Energiewende beschleunigt werden muss, daher ist alles, was eine potenzielle Verkürzung des Zeitrahmens für die Energiespeicherung erm?glicht, wichtig. Nicht jeder Standort wird sich für den Einbau von PHES-Anlagen eignen, aber dies k?nnte eine unglaublich wertvolle M?glichkeit zur Energiespeicherung sein, die es zu erkunden und zu berücksichtigen gilt.

In zweiter Linie bieten einige postindustrielle Standorte ebenfalls Potenzial für die Entwicklung von PHES. Bergwerke oder Steinbrüche, die umgewandelt werden k?nnten, oder Stauseen, die für die Bew?sserung und die saisonale Wasserspeicherung genutzt werden, k?nnten für die Errichtung von PHES-Anlagen angepasst werden. Eine Nachrüstung an diesen Standorten kann viele der mit der Standortwahl verbundenen Herausforderungen verringern, wesentliche ?nderungen der Fl?chennutzung begrenzen und Land, das nicht mehr für frühere Zwecke genutzt wird, neu nutzen.

Die M?glichkeiten der Pumpspeicherung von Energie aus Wasserkraft verstehen

Die Umrüstung von Wasserkraftanlagen auf PHES bringt Chancen (und Herausforderungen) in einer Reihe von Design- und Technikbereichen mit sich. So gehen wir jedes Projekt an:

PHES framework
PHES framework

Auswahl praktikabler Standorte

Wie bei jedem gro?en Energieinfrastrukturprojekt ist auch die Auswahl eines PHES-Standorts eine komplexe Aufgabe. Die Zusammenarbeit mit Kunden bei PHES-Projekten in verschiedenen Regionen hat uns gezeigt, wie wichtig es ist, die sozialen und ?kologischen Merkmale eines Gebiets sowie die technischen Herausforderungen von PHES zu berücksichtigen. Man braucht ein gründliches technisches Verst?ndnis der Topografie, der Geologie und des Hochwasserrisikos, aber die Entwickler müssen auch den Charakter und das Erbe der Landschaft zu sch?tzen wissen und ein tiefes Verst?ndnis für die lokale ?kologie und Artenvielfalt haben, um sicherzustellen, dass jede Anlage so nachhaltig ist, wie wir sie gestalten k?nnen. Retrofit-Anlagen bieten die M?glichkeit, Standorte zu nutzen, die bereits für die Wasserkraft oder die industrielle Nutzung geeignet sind, und bringen zus?tzliche Vorteile für die lokale Umwelt und die Gemeinden.

Diese Anlagen sind langfristige Investitionen, und es ist ein heikles Gleichgewicht, sicherzustellen, dass sie w?hrend ihrer gesamten Lebensdauer die Anforderungen der Energiem?rkte, der Gesellschaft und der Umwelt erfüllen. Dabei sind wir oft auf die neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse und Analysen angewiesen, z. B. auf hochwertige Klimaprognosen und komplexe Energiemodelle, um sicherzustellen, dass ein Standort auch in Zukunft effektiv und nachhaltig ist.

Unsere Pumped Hydro Roadmap für die Regierung von New South Wales, Australien, nutzte genau diese Art von Erkenntnissen, um ein Bild einer nachhaltigeren Zukunft für ein Land zu entwerfen, das versucht, sich von einer langen Abh?ngigkeit von Kohle zu l?sen.

Positive Investitionen in die Natur

Umweltbelange werden bei PHES-Projekten immer eine zentrale Rolle spielen, da der Bau von D?mmen und neuen überschwemmungsgebieten Auswirkungen auf bestehende Lebensr?ume hat, doch bei sorgf?ltiger Planung und Verwaltung k?nnen die Projekte auch positive Auswirkungen auf die lokale ?kologie, die Tierwelt und die Landschaft haben. Der Schutz der lokalen Umwelt und die Erhaltung des bestehenden Charakters und der Landschaft waren die wichtigsten überlegungen bei unserer Arbeit an Phase 1 des Leeds Flood Alleviation Scheme, einem der gr??ten seiner Art im Vereinigten K?nigreich. Und in noch gr??erem Ma?stab werden Aufforstung, Neupflanzung und natürliche Erdarbeiten eingesetzt, um das Wasser zu verwalten und das Hochwasserrisiko an der Küste Perus im Rahmen unserer Initiative Peru Reconstruction with Changes zu verringern.

Die Nachrüstung von Minen, Steinbrüchen und Stauseen k?nnte wertvolle M?glichkeiten zur Verbesserung der lokalen Umwelt bieten - etwas, das wir in der Bendingo Underground Pumped Hydro Anlage erreicht haben. M?glichkeiten zur Schaffung neuer Lebensr?ume k?nnten ebenso in Betracht gezogen werden wie Investitionen, die eine positive Netto-Biodiversit?t in der Umgebung gew?hrleisten. Die Aufwertung eines ehemals produktiven Standorts durch eine neue Nutzung k?nnte dazu beitragen, die Sanierung des Standorts und die Wiederherstellung von Lebensr?umen und der ?kologie zu finanzieren, die sonst nur schwer zu erreichen w?ren.

Kohlenstoff?rmere Energiespeicherung

W?hrend der Bau gro?er, neuer PHES-Anlagen unbestreitbar mit erheblichen Kohlenstoffemissionen verbunden ist, k?nnen PHES selbst andere Energiespeichertechnologien übertreffen, wenn man den Betrieb über die gesamte Lebensdauer betrachtet. Die Nachrüstung bestehender Infrastrukturen kann diese Emissionen erheblich reduzieren, was die Umweltfreundlichkeit der Technologie weiter erh?ht.

Auch der betriebliche Kohlenstoff ist wertvoll. PHES-Systeme k?nnen einen Wirkungsgrad von bis zu 82 % erreichen, was im Vergleich zu anderen gro?en Energiespeichersystemen sehr vorteilhaft ist und gew?hrleistet, dass die Energieverluste beim Ein- und Auslagern gering gehalten werden.

Eine Investition in die Zukunft

Es stimmt, dass die für PHES erforderlichen Anfangsinvestitionen entmutigend erscheinen k?nnen, insbesondere im Vergleich zu anderen Speichertechnologien. Betrachtet man jedoch die gesamte Lebensdauer, so erweisen sich PHES als die kosteneffizienteste Speicherl?sung und machen daher über 90 % der weltweiten Energiespeicherkapazit?t aus. PHES-Anlagen geh?ren mit einer Lebensdauer von über 80 Jahren zu den langlebigsten Energiespeichertechnologien. Diese Langlebigkeit in Verbindung mit der relativen Stabilit?t und den risikoarmen Ertr?gen, die durch PHES generiert werden, sollte sie zu einer attraktiven Option für langfristige Investitionen wie Pensionsfonds machen.

Au?erdem ist die Funktionsweise von PHES von Natur aus flexibel, so dass sie sehr anpassungsf?hig ist und auf die Dynamik des Energiemarktes reagieren kann. Die Betreiber k?nnen in Schwachlastzeiten pumpen, wenn die Energiepreise niedrig sind, und zu Zeiten mit Spitzenpreisen Strom erzeugen, wodurch sich neben potenziellen Marktanreizen für Ausgleichsleistungen und Hilfsdienste auch erhebliche Renditechancen ergeben.

Beschleunigung der Dekarbonisierung

Die Suche nach emissionsarmen Wegen zur Dekarbonisierung der Energie ist eine globale Priorit?t. Angesichts ihrer zahlreichen St?rken sollten PHES eine wichtige und wachsende Rolle bei der laufenden Energiewende spielen. Indem wir die M?glichkeiten zur Nachrüstung bestehender Infrastrukturen ausloten, k?nnen wir nicht nur Kosten und Emissionen minimieren, sondern auch potenziell produktive Verwendungsm?glichkeiten für vernachl?ssigte Industriebrachen finden und den Gemeinden neue wirtschaftliche Chancen bieten. Dies ist der Moment, mutig zu sein und kreativ über die vielen M?glichkeiten nachzudenken, die sich uns bieten.