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Stark vereinfachte Darstellung des Wiemannsbuchtschachts
© M. Schmidt

Einflussfaktoren für die Investitionsentscheidung für Pumpspeicherwerke
© EFZN
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Bergwerke als Pumpspeicherkraftwerke?

Modellbergwerke unter der Lupe

An zwei konkreten Fallbeispielen untersucht ein interdisziplinäres Team aus Bergbaufachleuten, Maschinenbauern, Elektrotechnikern, Juristen und Kaufleuten die komplexen Aufgaben, die beim Bau eines Pumpspeichers unter Tage zu lösen sind. Als Modellbergwerke wählten sie das ehemalige Erzbergwerk Pöhla im Erzgebirge sowie den Wiemannsbuchtschacht des stillgelegten Erzbergwerks Grund im Harz aus. Für diese Standorte erforschen sie die technischen, rechtlichen, planerischen und wirtschaftlichen Aspekte, die hier exemplarisch für das Bergwerk Grund vorgestellt werden. Im Ergebnis halten sie für beide Bergwerke eine Realisierung für möglich.

Bergwerk Grund: Szenario für den Speicherbau

Das Erzbergwerk Grund gehört geologisch zum nordwestlichen Oberharz. Es wurden verschiedene Metallerze, insbesondere silberreiche Bleierze und deren Begleiterze gefördert. Der Wiemannsbuchtschacht erschließt gemeinsam mit drei weiteren Schächten das Grubenfeld des Erzbergwerks. Er erreicht eine Teufe von 761 m und seine lichte Weite beträgt im Minimum 3,5 m im Durchmesser. Zurzeit ist er bis in eine Tiefe von 130 Metern durch eine Betonplombe verschlossen. Auflaufendes Grubenwasser hat die tieferliegenden Hohlräume bis auf Höhe des Ernst-August-Stollens geflutet. Für die Ertüchtigung als Pumpspeicherkraftwerk entwickelten die Forscher folgendes Szenario: Nach der Entfernung der Betonplombe und dem Sümpfen der Grubenbaue wird der Schacht instand gesetzt. Parallel dazu beginnt die Auffahrung und Sicherung der Becken und der Maschinenkavernen. Dabei werden die Speicherbecken nicht als ein einzelner zusammenhängender Hohlraum, sondern als Streckensystem mit einem Querschnitt von 5 m mal 7,5 m im Abstand von 15 m ausgeführt. Auf diese Weise kann ein nutzbares Speichervolumen von etwa 240.000 bis 260.000 m³ bei einer mittleren Fallhöhe von 700 m geschaffen werden.

Weitere Schächte und Strecken werden für Transport- und Fluchtwege abgeteuft. Je nach Leistung des Kraftwerks könnte zusätzlich ein Kabelschacht für Hoch- oder Höchstspannungskabel erforderlich sein. Für die Netzanbindung auf einer Spannungsebene von 110 kV sind etwa 6 km bis zur 110-kV-Freileitung der Harz Energie Netz GmbH zu überbrücken.

Der Maschinensatz wird in einzelnen Baugruppen durch den Schacht in die Maschinenkaverne gebracht. Zur Stromerzeugung fließt das Wasser vom Oberbecken in das Unterbecken über eine Francisturbine, die einen Stromgenerator antreibt. Im Pumpbetrieb arbeitet der Generator als Motor einer zweistufigen Pumpe, die das Wasser wieder zurücktransportiert.

Wirtschaftlichkeit

Die spezifischen Investitionskosten des Pumpspeicherwerks am Standort Grund liegen je nach Szenario im Bereich von rund 1.800 Euro/kW bei einem Speichervolumen von 400 MWh. Für eine Pilotanlage wäre mit Gesamtkosten von rund 180 Millionen Euro zu rechnen. Der größte Kostenblock umfasst die Untertagearbeiten mit 60%. Die Maschinentechnik liegt bei 2% und für die Netzanbindung sind rund 12% einzuplanen. Mit einer Hybridlösung, also dem Bau eines Beckens über Tage, sind Einsparungen möglich.

Die Untertagearbeiten steigern die spezifischen Investitionskosten deutlich über die oberirdischer Pumpspeicher (zwischen 650 Euro und 1.435 Euro pro kW Leistung). Allerdings ist nicht bekannt, inwieweit neue Standorte für übertägige Pumpspeicherwerke überhaupt genehmigungsfähig und in der Bevölkerung akzeptiert sind. Hinzu kommt, dass die Kosten für Ausgleichs- und Ersatzmaßnahmen deutlich höher als in der Vergangenheit sein können.

Stellt man den Kosten mögliche Erlöse gegenüber, so zeigt sich, dass der alleinige Handel am Spotmarkt für eine Amortisation bei Weitem nicht ausreicht. Auch die Blindleistungsbereitstellung oder die Vermarktung der Schwarzstartfähigkeit als Dienstleistung reichen nicht aus. Das Bild könnte sich ändern, wenn ein Großteil der Erlöse durch die reine Leistungsbereitstellung generiert werden kann. Als größtes Hemmnis für eine konkrete Investitionsentscheidung sehen die Forscher daher weniger technische Faktoren als die Unsicherheiten, wie sich der gesetzliche Rahmen für den Strommarkt entwickelt.

Genehmigung und Akzeptanz

Ein unterirdisches Pumpspeicherwerk ist bislang in Deutschland nicht realisiert worden. Daher liegen keine Erfahrungen zur rechtlichen Einordnung vor. Geprüft wurden insbesondere Fragen des Immissionsschutzes, des Bergrechts, Wasserrechts, Baurechts, Abfallrechts, energiewirtschaftsrechtliche Vorschriften sowie nach dem Recht der Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP). Eine Genehmigung erscheint nach dem derzeitigen Rechtsrahmen grundsätzlich möglich. Es ist jeweils eine Einzelfallbetrachtung notwendig, da die genehmigungsrechtliche Situation standortabhängig ist. Angesichts des Umfangs von Pumpspeichervorhaben wäre eine gemeinsame Behandlung der Genehmigungsanforderungen in einem Verwaltungsverfahren wünschenswert.

Akzeptanzrisiken erwachsen vor allem aus den Konkurrenzbeziehungen mit anderen Gütern, wie Wasserschutzgebieten, dem Denkmalschutz, den Beeinträchtigungen der Umwelt oder des Menschen. So gehört z. B. der Ernst-August-Stollen im Erzbergwerk Grund seit kurzem zum Weltkulturerbe „Oberharzer Wasserwirtschaftssystem“. Die Schachtgebäude stehen unter Denkmalschutz. Auch die nahe gelegenen Wasser- und Landschaftsschutzgebiete sowie ein FFH-Schutzgebiet sind bei einer Planung zu beachten.

Die Standorte Bad Grund und Pöhla weisen sehr komplexe Charakteristika auf, sodass aus den Einzelfallbetrachtungen keine allgemeingültigen Aussagen zur Akzeptanz getroffen werden können. Hinzu kommt, dass die Einflussfaktoren der Akzeptanzbildung zwar qualitativ benannt werden können, aber deren tatsächliches Gewicht in der Bevölkerung erst bei einer Realisierung des Pumpspeicherwerks erkennbar wird.

Fazit

Die Forscher kommen zu dem Schluss, dass die Errichtung einer Pilotanlage am Wiemannbuchtschacht bei sorgfältiger Beachtung der Umweltfolgen und Akzeptanz aus technischer, rechtlicher, ökologischer und wirtschaftlicher Sicht grundsätzlich möglich ist. In weiteren Schritten wollen sie eine Pilotanlage detailliert planen und über eine Kosten-Nutzen-Analyse bewerten. Die Voruntersuchungen könnten im Jahr 2014 abgeschlossen werden. Eine erste kleine Pilotanlage zu Forschungszwecken lässt sich frühestens in dem Zeitraum 2015 bis 2018 realisieren.

Projektinfo 18/2013:
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