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Schwarzwald Ausflugsziel Pumpspeicherkraftwerk Hornbergbecken
Luftbild mit freundlicher Genehmigung, Copyright Erich Meyer

Pumpspeicherkraftwerke und Spitzenlastenergie

Funktionsweise Pumpspeicherkraftwerk
Spitzenlastenergie aus Pumpspeicherkraftwerken im Vergleich: Kosten & Nutzen energetisch, finanziell betrachtet
Pumpspeicherkraftwerke Hornbergbecken I+II im Vergleich
Spitzenlastenergie aus Pumpspeicherkraftwerken im Vergleich: Kosten & Nutzen gesellschaftlich betrachtet

Daten zum geplanten, größten Pumpspeicherkraftwerk Deutschlands:
Hornbergbecken II (geplante Bauzeit 2014 - 2019)
Stauseelänge 1100m (Nord-Süd) & -breite 370m, Kronenlänge 2625m, Kronenbreite 5m, Gesamtfläche 58ha, Stauziel 1017,7m ü. NN, Absenkziel 979,2m ü. NN, Speichervolumen 9 Mio m³, Wasserfallhöhe 600m, max. Pumpspeicherkraftwerks-Leistung der Generatoren 1400 Megawatt.

Die Umwandlung der Lageenergie des Wassers aus dem Speicherbecken (Oberbecken) in Bewegungsenergie, und schließlich elektrische Energie, erfolgt bei Pumpseicherkraftwerken häufig in einem Kavernenkraftwerk. Für dieses wird eine Kaverne (Hohlraum) in das Gestein weit unterhalb des Oberbeckens gesprengt, und darin die zur Energieumwandlung erforderliche Kraftwerkstechnik installiert. Wird Spitzenlastenergie benötigt treiben die, in entsprechend dimensionierten Rohrleitungen, herabstürzende Wassermassen Turbinen, und diese wiederum Generatoren zur Umwandlung der Bewegungsenergie in elektrische Energie, an. Das Wasser wird in einem Auffangbecken (Unterbecken) aufgefangen. Bei einem Überschuss an Grundlastenergie wird dieses wieder in das Oberbecken zurück gepumpt. Dadurch erfolgt die Umwandlung von elektrischer Energie in Lageenergie des Wassers, und kann so "gespeichert" werden.

Am Beispiel des Pumpspeicherkraftwerks Hornbergbecken I:
Vom Oberbecken aus beträgt die mittlere Fallhöhe des Wassers 625m bevor es in das Kavernenkraftwerk gelangt. Mit der Bewegungsenergie des Wassers werden 4 Francisturbinen mit je 248MW max. Leistung bei 45.000L/s und einem Laufraddurchmesser von 2,685m zur Rotation gebracht. Diese wiederum treiben 4 Synchrongeneratoren mit einer Nennleistung von  je 300MVA bei 600U/min an. Dadurch kann im vollständigen Turbinenbetrieb eine Leistung von 910MW ins Stromnetz abgegeben werden. Bei Volllastturbinenbetrieb reicht die nutzbare Wassermenge im Hornbergbecken um für 6,8 Stunden elektrische Energie zur Verfügung zu stellen. Dieser Betrieb erfolgt zu Zeiten an denen am Tage im Stromnetz zu Spitzenzeiten zusätzliche elektrische Energie (Spitzenlast) benötigt wird.
Steht im Stromnetz genügend elektrische Energie zur Verfügung (v. a. Nachtstunden) befördern 4 Pumpen mit je max. 250 MW Leistung je 36.000L/s aus dem Wehrabecken (Unterbecken) wieder zurück nach oben ins Hornbergbecken. Im vollständigen Pumpbetrieb werden 980MW aus dem Stromnetz entzogen und es dauert, bei der Gesamtpumpleistung von 144.000L/s, 7,9 Stunden das Stauziel des Hornbergbeckens wieder zu erreichen.

In einem Pumpspeicherkraftwerk wird zum Hochpumpen der Wassermassen mehr elektrischer Energie benötigt (s. o. 980 MW und 7,9h) als beim Turbinenbetrieb mit der gleichen Wassermenge (s. o. 910MW und 6,8h) entsteht. Knapp 30% der elektrischen Energie werden v. a. in Wärmeenergie umgewandelt, und können nicht mehr genutzt werden. Die Leitungsübertragungsverluste der transportierten elektrischen Energie betragen in Deutschland auf 100km Distanz ~ 2,9%. Für Hin- und Rücktransport beträgt der Verlust das doppelte. Daher werden von Spitzenlastkraftwerken v. a. regionale Mangel- bzw. Überkapazitäten im Stromnetz gepuffert.

Weshalb rechnen sich also Pumpspeicherkraftwerke sogar unter Einbeziehung der Bau- und Unterhaltskosten sowie der Gewinnerzielungsabsicht finanziell, obwohl doch elektrische Energie in Form von Wärmeenergie unnutzbar verloren geht?

Allgemein ist nachts der Bedarf an elektrischer Energie in der Gesellschaft deutlich geringer. Am Tage ist zu bestimmten Zeiten der Bedarf im Vergleich zur Nachtzeit häufig doppelt (an besonderen Feiertagen im Extremfall sogar fast dreimal!) so hoch. Die Bauweise der verschieden Kraftwerkstypen, die elektrische Energie "produzieren" erlaubt aber nur eine unterschiedlich schnelle bzw. langsame Reaktion auf den sich ändernden Bedarf.
a) Kohle und Atomkraftwerke lassen sich nur sehr langsam in der Energiebereitstellung variieren und dienen deshalb der Deckung der Grundlast.
b) Mittellastkraftwerke sind innerhalb von Minuten bis Stunden regulierbar.
c) Spitzenlastkraftwerke können zusätzliche elektrische Energie innerhalb von Sekunden bis Minuten ins Stromnetz einspeisen und auch fast genauso schnell wieder vom Netz genommen werden.

Pumpspeicherkraftwerke als Spitzenlastkraftwerke lohnen sich finanziell also nur aufgrund der unterschiedlichen Strompreise an der Strombörse. Angebot und Nachfrage regeln dort den Preis: Nachtstrom ist in der Regel für etwas mehr als 10 Cent/kWh zu haben während Strom zu Spitzenlastzeiten meistens mehr als 30 Cent/kWh manchmal sogar mehr als 50 Cent/kWh kostet. Nur So können die Erbauungs-, Betriebs und Instandhaltungskosten (s. a.  http://www.badische-zeitung.de/suedwest-1/kraftakt-fuer-wasserkraft--1940121.html) sowie Gewinne erwirtschaftet werden. Wie unterschiedlich Kosten und Nutzen von Pumpspeicherkraftwerken in der Gesellschaft bzw. der allgemeinen Bevölkerung wahrgenommen werden zeigt die Diskussion zum Hornbergbecken II.
Hornbergbecken I bei Instandsetzungsarbeiten: Verwendung des Luftbilds mit freundlicher Genehmigung von Erich Meyer (Copyright)

Südlich des oben abgebildeten Hornbergbeckens I soll bei Atdorf auf dem Gipfel des 1018m hohen Abhaus ein weiteres noch größeres Oberbecken für das Pumpspeicherkraftwerk Hornbergbecken II gebaut werden. Die Kosten für dieses Projekt belaufen sich auf ca. 1 Mrd. Euro. Ein Vergleich technischer Daten:

Raumordnungsverfahren Pumpspeicherkraftwerk Atdorf am Regierungspräsidium Freiburg

Der 1018m hohe Abhau, dessen Bergkuppe als Standort für das  Hornbergbecken II weggesprengt und seitlich zur Staumauer aufgehäuft werden soll, ist links im Videostartbild zu sehen. Dann wäre, zumindest in der Bauphase und auch ein paar Jahre danach, vom Schwarzwald Ausflugsziel Hornbergbecken I aus nicht mehr diese wunderschöne Aussicht zu genießen.

Real werden die alltäglichen Umweltkosten und Havarierisiken v. a. von der Gesellschaft im Umfeld eines Kraftwerks getragen. Gerade in Erdbebengebieten stellt sich der eine oder andere Bürger nicht nur in der Nähe eines Atomkraftwerkes, sondern auch unterhalb eines Wasserspeicherbeckens die Frage bezüglich seiner Lebenssicherheit. In der Bauphase sind auch landschaftsoptische Aspekte und Lärm-, Schmutzbelästigung in einer ländlichen Ferienregion wie dem Hotzenwald, der mit Ruhe und Erholung wirbt, nicht zu vernachlässigen. Finanzielle Einbußen in einzelnen Bereichen der Tourismusbranche werden nicht von den Kraftwerkserbauern getragen. Andererseits entstehen in der Region während der Bauphase evtl. sogar Arbeitsplätze und Bettenkapazitäten in Hotels sowie Ferienwohnungen werden von an den Bauarbeiten beteiligten Menschen belegt. Nach dem Bau zahlt das Unternehmen bestenfalls vor Ort Gewerbesteuer und damit der ansässigen Bevölkerung einen mehr oder weniger großen Gewinnanteil für das Risiko. Das ein Pumpspeicherkraftwerk über die Jahre durchaus auch in das Landschaftsbild integriert und auch ein regionales Ausflugsziel und Aussichtspunkt werden kann zeigt sich am Hornbergbecken I.

Moderne Überlandleitungen können mit deutlich geringeren Verlusten, und damit Kosten, elektrische Energie transportieren ist bereits, allerdings nicht in Deutschland, Realität. Diese müssten Deutschlandweit erst noch gebaut werden. Das wird allerdings auf sich warten lassen. Warum die Schluchseewerke AG Pläne zum Hornbergbecken II, die bereits in den 70er  Jahren des vorherigen Jahrhunderts aufgrund der Konkurrenz durch preiswertere Gaskraftwerke in der Schublade verschwanden, wieder herausgeholt und "upgedatet" haben, hat einen einfachen Grund. 1/5 der Baukosten (~200 Mio Euro) werden bei zeitiger Fertigstellung als Subventionen vom Steuerzahler bezahlt. Kohle, Moneten, Zaster, Kies, Flocken, Schotter, Eier oder auch Geld regiert unsere (Wirtschafts-) Welt und nur diese Sprache wird dort verstanden. Andere rationale Entscheidungen wie die Schonung von Ressourcen werden nur dann getroffen, wenn diese Entscheidungen finanziellen Profit abwerfen. In der automatisierten und globalisierten Welt sind die Zusammenhänge zwischen Kosten und Nutzen für den Normalbürger nicht mehr so leicht zu durchschauen. Transparenz und Verträge mit klaren Konsequenzen bei Vertragsbruch sind das einzige Hilfsmittel womit Unternehmen ggf. von der Allgemeinheit zur Rechenschaft gezogen werden können. Das es auch hierbei durch Amtsmissbrauch und findige  Vertragskonstruktionen zur von einer Vertragspartei geplanten vorsätzlichen legalen Abzocke kommen kann, soll hier gar nicht unterstellt, aber an einem Beispiel aufgezeigt werden.
Fakt ist: Durch die Subventionen kann ein Unternehmen finanziell anders kalkulieren und die Gesellschaft Einfluss auf die Realisierung von Projekten Einfluss nehmen.

Exkurs zu Produktqualität und Exzesse in unserem Wirtschaftssystem
Bsp.: Früher war die Langlebigkeit als Qualität eines Produktes ein sehr wichtiges Kriterium. Heutzutage scheint der Produktzyklus von größerer Bedeutung:
Neuer = Besser. Daher: Schneller kaputt = Schneller neu kaufen => Mehr Umsatz = Mehr Gewinn.
Ein "Telefon mit Schnur" wurde früher durchschnittlich 20 Jahre lang benutzt. Ein Handy wir heute im Durchschnitt kaum 3 Jahre alt bevor es ersetzt wird. Heute kann ich beim Kauf kaum noch ein Preis-wertes Qualitätsprodukt erhalten. Der Massenmarkt wird bevorzugt bedient. Der Premiummarkt verpulvert Unsummen für Werbung und elitäres Productplacement: Ich kann es mir leisten lautet die Devise.
So rechnet sich dieser Vorgang für die "Wirtschaft". Als Kunde erhalte ich leider schlechtere Qualität für das gleiche Geld und / oder ich führe summa sumarum mehr Geld an die Unternehmen ab. Kundenzufriedenheit wird klein, der Neukunde jedoch groß geschrieben. Wachstum als Zauberwort?

Innovation wird weiterhin das Zauberwort in unserer Nation sein (müssen). Nur so wird unserer Lebensstandard zu erhalten sein, wenn sich 1,6 Mrd. Chinesen und 1,2 Mrd. Inder um die von uns bisher billig bezahlten Rohstoffe reißen. Angebot und Nachfrage sollten auch dort den Preis regeln. Wir werden uns diese bei unserem Wohlstand nur noch dann leisten können, wenn wir ins Zeitalter der Informationsgesellschaft starten und uns einen Wissensvorsprung bewahren. Ob das auf Dauer gelingen wird hängt vom der Bildungszuwachs der Bevölkerung ab. Das Wort Wachstum können wir möglichst schnell in eine bestimmte Region verbannten, die Geduldig ist, nämlich auf das Papier. Wird weiter die Landschaft zugebaut wie im Mittel der letzten 10 Jahre, wird es in Baden-Württemberg 2400 keinen grünen Flecken mehr geben. Wir brauchen also Innovation! Doch wie folgt sollte diese nicht verkauft werden:
"...Stan Ovshinsky (hatte) mit seiner Firma bereits die passenden Batterien (für Elektroautos) entwickelt. GM erwarb Anteile an Ovshinskys Patenten. "Als ich sagte, wir würden einen Absatz darüber in die Zeitung setzen, dass wir das geschafft hatten, erwartete ich Glückwünsche. Und als genau das Gegenteil geschah, wusste ich, dass etwas nicht stimmte."  sagte Ovshinsky später. Es wurde ihm verboten, seine Batterie ohne Erlaubnis zu bewerben und aufgefordert, keine  Reklame in der Presse zu veröffentlichen. GM hatte entschieden, den EV1 von der Bildfläche verschwinden zu lassen. Auch die Batterietechnologie musste verschwinden. GM verkaufte seine Rechte an den Batterien an .... Texaco."
 Anmerk.: Texaco ist ein Mineralökonzern
Quellen:
Pimärquelle von DVD "Who killed the electric car?" (Sony Pictures),
Unsere Sekundärquelle: http://www.hornbergbecken-2.de/attachments/File/Magazin_01_2010.pdf

Läuft es allerdings wie hier zuvor beschrieben, ist es also durch findige Vertragskonstruktionen von einer Vertragspartei zur geplanten vorsätzlichen legalen Abzocke gegenüber der Gesellschaft gekommen.

Zurück zum Thema Gesellschaftliche Kosten - Nutzen - Rechnung mit Pumpspeicherkraftwerken
Wer bereit ist an der Grundlast sinnvoll einzusparen hält den Schlüssel dafür in der Hand, dass überflüssige Projekte, auch im Bereich Pumpspeicherkraftwerke, nicht realisiert werden müssen. Die effizientere Nutzung der Ressourcen lautet unser innovativer Auftrag. Nicht deren Verschwendung für mehr kurzfristigen Profit auf dem Papier. Energie mit weniger als 30% Verlust zu speichern muss das Ziel sein. Wer uns heute erzählen will, dass er die unregelmäßig zur Verfügung stehende Windkraftenergie in einem Pumpspeicherkraftwerk speichern möchte soll mal eine realistische Kosten - Nutzen - Rechnung präsentieren. Inklusive der Leitungsübertragungsverluste. Das Hornbergbecken II dient nach dem jetzigen Stand der Dinge lediglich der Veredelung von Atomstrom. 
Die Gier nach mehr Profit, von mir aus auch auf dem Papier, müsste sich unsere Gesellschaft zu Nutze machen, damit der Wert Nachhaltigkeit und die effiziente Nutzung von materiellen Ressourcen (wie z. B. der Landschaft) bald in eine Kosten - Nutzen - Rechnung eingehen. Die Endlagerung des Atommülls soll mit lächerlichen Rückstellungen erfolgen. Die Zeche zum Versagen in Asse, in Japan um Fukushima, etc. zahlt aber die jeweilige Gesellschaft mit Steuergeldern. Ein schwacher Trost: Geld geht ja nicht verloren, es besitzen nun nur andere ...

Wir atmen alle die gleiche Luft und wir alle wollen unter freiem Himmel leben. Wir sollten aufwachen selbst etwas zu tun. Kein Standby bei elektrischen Geräten in Deutschland und mehr als ein Grundlastkraftwerk wird überflüssig. Beschützen wir endlich diese Erde auf der wir alle und unsere Nachkommen leben und leben werden etwas mehr? 

Der Schwarzwaldberg Hohe Möhr mitten im Nebelmeer zwischen Windrad und der Kondenswasserwolke des Kühlturms des Atomkraftwerks Fessenheim in Frankreich vor einem traumhaften Alpenpanorama. Genießen wir das Foto in der Hoffnung, dass auch zukünftig weder eine mit noch höheren Windrädern "verspargelte" Landschaft noch eine radioaktive Wolke diesen Ausblick ziert.