Pumpspeicherkraftwerk (PSW)

1. Pumpspeicherkraftwerk (PSW) Lerngebiet: Energieressourcen schonen Erstellt von: Julian H.

2. Gliederung • Woher hat Wasser Energie? • Wo und Warum gibt es Pumpspeicherkraftwerke? • Aufbau und Funktionsweise • Energieumwandlungsvorgänge und Wirkungsgrad • Physikalische Grundlagen • Turbinen • Anwendungsbespiele und Besonderheiten • Umwelt • Wirtschaftlich und Rentabilität • Zukunft und Alternativen

3. Woher hat Wasser Energie?

4. Wasser als „Energieträger“ Der natürliche Wasserkreislauf mit Verdunstung, Niederschlag und Abfluß zum Meer wird durch die Sonneneinstrahlung aufrechterhalten. Die Stromerzeugung mittels Wasserkraftwerken ist also eine indirekte Nutzung der Sonnenenergie.

5. Wasser als „Energiespeicher“ • Ein Pumpspeicherkraftwerk ist: • Eine besondere Form eines Speicherkraftwerkes • stationärer Speicher von (elektrischer) Energie • ein Energiewandler, kein Kraftwerk im herkömmlichen Sinn • ein Regel- und Spitzenlastkraftwerk

6. Wo und warum?

7. Standortwahl von PSW • Kriterien: • Versorgungszentrum • Geographischen und topographische Gegebenheiten • Natürliche Zuflüssen, Seen, Flüsse • Kurze Entfernung zwischen Oberbecken und Unterbecken bei großen Höhenunterschied

8. Geesthacht Goldisthal

9. Energieverbund

10. Netzbelastungskurve

11. Aufgaben im Energieverbund • Überführung von Schwachlaststrom in Spitzenenergie • Optimierung des Betriebes von therm. Kraftwerken • Schnelles Leistungsaufnahme bzw. -abgabe aus/ins Verbundnetz • Frequenzerhaltung: Um kleine, aber rasch auftretenden Schwankungen der Netzfrequenz (in Deutschland 50 Hz +-0,05 Hz ) auszugleichen • Blindleistungs- bzw. Phasenverschiebung • Hilfestellung beim Wiederaufbau eines Versorgungsnetzes nach Netzzusammenbruch, bei dem sogenannten Schwarzstart • Schnelle Stromreserve, z.B. bei Ausfall eines Kraftwerkes

12. Bezeichnungen von PSW • Bezeichnungen nach Größe des Speichervolumens: • Tagesspeicher mit einem Speicherinhalt bis zu 10 Mio. m³ • Wochenspeicher mit einem Speicherinhalt von 10 Mio. m³ bis 60 Mio. m³ • Jahresspeicher mit einem Speicherinhalt von über 60 Mio. m³ • Bezeichnung nach Vorhandensein von natürlichen Zuflüssen: • Pumpspeicherkraftwerke mit natürlichen Zuflüssen • Pumpspeicherkraftwerke ohne natürlichen Zufluss

13. Aufbau und Funktionsweise

14. Aufbau Oberbecken Krafthaus Triebwasser-rohre Unterbecken • Weitere Bauteile: • Wasserentnahmevorrichtung • Wasserschloss/ Schwallkammer • Verschluss- und Regelorgane

15. Funktionsweise Externer Link: http://www.youtube.com/watch?v=SoFdg7WDOqA&feature=related

16. Funktionsweise

17. Turbinenbetrieb Anlaufzeit ca. 1 min 12:30 Uhr, die Hausfrau macht den Herd an!

18. Turbinenbetrieb

19. Turbinenbetrieb

20. Funktionsweise

21. Pumpbetrieb Anlaufzeit ca. 1 min 22:30 Uhr, Das Länder-spiel ist vorbei!

22. Pumpbetrieb

23. Pumpbetrieb

24. Funktionsweise

25. Betriebsarten Turbinenbetrieb: Pumpspeicherkraftwerke erzeugen Strom durch Wasser, das von einem hoch gelegenen Speichersee (Oberbecken) über eine Druckleitung zu Turbinen mit gekoppelten Generatoren geleitet wird und dann in einen tief gelegenen Speichersee (Unterbecken) fließt. Pumpbetrieb: Das Zurückfördern des Wassers in das Oberbecken erfolgt durch Pumpen, die durch die Generatoren, dann als Motor laufend, angetrieben werden. Phasenschieberbetrieb: Der Generator läuft bei abgekuppelten oder auch bei gekuppelten, jedoch dann entleerten Turbinen und Pumpen im Stromnetz um vorhandene Phasenverschiebungen auszugleichen um somit Verluste bei der Stromübertragung zu minimieren.

26. Energieumwandlungsvorgänge&Wirkungsgrad

27. Energieumwandlungsvorgänge Turbinenbetrieb

28. Energieumwandlungsvorgänge Pumpbetrieb

29. Wirkungsgrad

30. Wirkungsgrad

31. Physikalische Grundlagen

32. Grundlagen Energie: Energie = gespeicherte Arbeit SI-Einheit: J (Joule) Einheit in der Energieversorgung: kWh (Kilowattstunde) Umrechnungsfaktor: 1/3,6 · 106 Beispiel: 1 kWh = 1000 W * 3600 s =3.600.000 Ws (Wattsekunde) = 3.600.000 Joule Energie kann nicht erzeugt/verbraucht/zerstört werden!

33. Grundlagen Verrichtet man Arbeit, wird diese zu Energie. Dabei wird... - ... Hubarbeit zu Lageenergie, da ein Körper in eine neue Lage gebracht wird- ... Beschleunigungsarbeit zu Bewegungsenergie, da ein Körper bewegt wird- ... Spannarbeit zu Spannenergie (da ein Körper gespannt wird) - ... Reibungsarbeit zu Wärmeenergie (da bei Reibung auch Wärme entsteht).

34. Grundlagen Potentielle Energie (Lageenergie): Die potentielle Energie Wpot ist so groß, wie die an der Last verrichtete Hubarbeit: Hubarbeit:

35. Grundlagen Kinetische Energie (Bewegungsenergie): Die kinetische Energie Wkin ist so groß, wie die am Körper verrichtete Beschleunigungsarbeit: Beschleunigungsarbeit:

36. Grundlagen Leistung Leistung = Arbeit / Zeit SI-Einheit: W (Watt) Einheit in der Energieversorgung: kW (Kilowatt) MW (Megawatt) Formel:

37. Grundlagen Rechenbeispiel 1: Wie viel Kubikmeter Wasser müssen in einem Pumpspeicherkraftwerk pro Stunde in das 300 Meter höher gelegene Speicherbecken gepumpt werden, damit eine potentielle Energie von 1,2 Terajoule (TJ) zur Stromerzeugung zur Verfügung steht?

38. Grundlagen Rechenbeispiel 1: Wie viel Kubikmeter Wasser müssen in einem Pumpspeicherkraftwerk pro Stunde in das 300 Meter höher gelegene Speicherbecken gepumpt werden, damit eine potentielle Energie von 1,2 Terajoule (TJ) zur Stromerzeugung zur Verfügung steht?

39. Grundlagen Rechenbeispiel 1: Wie viel Kubikmeter Wasser müssen in einem Pumpspeicherkraftwerk pro Stunde in das 300 Meter höher gelegene Speicherbecken gepumpt werden, damit eine potentielle Energie von 1,2 Terajoule (TJ) zur Stromerzeugung zur Verfügung steht?

40. Grundlagen Rechenbeispiel 1: Wie viel Kubikmeter Wasser müssen in einem Pumpspeicherkraftwerk pro Stunde in das 300 Meter höher gelegene Speicherbecken gepumpt werden, damit eine potentielle Energie von 1,2 Terajoule (TJ) zur Stromerzeugung zur Verfügung steht?

41. Grundlagen Rechenbeispiel 1: Wie viel Kubikmeter Wasser müssen in einem Pumpspeicherkraftwerk pro Stunde in das 300 Meter höher gelegene Speicherbecken gepumpt werden, damit eine potentielle Energie von 1,2 Terajoule (TJ) zur Stromerzeugung zur Verfügung steht?

42. Turbinenarten

43. Francis-Turbine • Typ: Überdruckturbine • Fallhöhe: 50 – 800 m • Volumenstrom: groß • Wirkungsgrad: bis zu 90% • Besonderheit: kann als Pumpturbine eingesetzt werden

44. Pelton-Turbine • Typ: Gleichdruckturbine • Fallhöhe: 200-2000 m • Volumenstrom: klein • Wirkungsgrad: über 90% • Besonderheit: wandelt nur kinetische Energie um (v bis zu 200 m/s)

45. Anwendungsbeispiele&bauliche Besonderheiten

47. Maschinensatz Goldisthal Generator/Motor z.B. Wartungsarbeiter Pumpturbine Wasser zum/vom Oberbecken Wasser zum/vom Unterbecken

49. PSW Geesthacht

50. Umwelt • Der Betriebsstoff Wasser ist klimaneutral • In Stauseen können sich Treibhausgase (Methan, Kohlendioxid) bilden • Jeder Bau/Betrieb von Wasserkraftanlagen ist ein Eingriff ins Ökosystem • Durch den ständigen Wechsel der Wasserlagen wird die Flora und Fauna gestört bzw. zerstört. • Fischsterben durch Turbinierung