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Projektinfos  – Energieforschung konkret

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Ausrangierte Bergwerke könnten als untertägige Stromspeicher genutzt werden und die Speicherkapazitäten im Netz beträchtlich erweitern. Das kann ähnlich wie bei herkömmlichen Pumpspeicherkraftwerken funktionieren.
© Schluchseewerk AG
Energiespeicher für Stromnetze
Projektinfo 18/2013

Aufbau eines Pumpspeicherkraftwerkes unter Tage.
© EFZN

Eignung von Bergbauregionen in Deutschland.
© IGMC
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Windenergie unter Tage speichern

Pumpspeicherkraftwerke bewähren sich seit über hundert Jahren beim Ausgleich schwankender Stromlasten und zur Deckung von Lastspitzen. Die Energiewende schafft zusätzlichen Speicherbedarf durch die fluktuierende Einspeisung von Wind- und Solarstrom in das Netz. Doch neue Standorte sind knapp. Ob die großen Höhendifferenzen von Stollen ausgedienter Bergwerke nutzbar sind, untersucht ein interdisziplinäres Forscherteam am Beispiel von zwei möglichen Standorten.

Pumpspeicherkraftwerke speichern Strom in Form von Lageenergie. Mit überschüssigem Strom wird Wasser von einem Unterbecken in einen höhergelegenen Speichersee gepumpt. Die potenzielle Energie läßt sich dann bei Bedarfsspitzen über eine Wasserturbine rückverstromen. Der Wirkungsgrad des Gesamtprozesses liegt durchschnittlich bei etwa 75%. Die Speicherkapazität ist proportional zur nutzbaren Höhendifferenz und zum gespeicherten Wasservolumen.

In Deutschland arbeiten derzeit knapp 40 oberirdische Pumpspeicherkraftwerke mit einer Gesamtleistung von etwa 7 GW und einer Kapazität von etwa 40 GWh. Ein weiterer Zubau ist nur in sehr begrenztem Maße möglich, denn konventionelle Pumpspeicherkraftwerke setzen geeignete Geländeprofile voraus. Diese Standorte sind zwar vorhanden, jedoch lassen die Umweltauswirkungen und der erhebliche Flächenverbrauch solche Projekte auf Akzeptanzprobleme stoßen.

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Attraktiv erscheint daher die Möglichkeit, ohnehin vorhandene Bergwerke als Speicher unter Tage zu nutzen, eine Idee, die bisher noch nirgends realisiert wurde. Die wesentlichen Bestandteile, das Ober- und Unterbecken, die Maschinenkaverne mit Maschinensatz und elektrischen Anlagen sowie Zu- und Ableitung für die elektrische Energie und Netzanschluss werden weitgehend untertägig angeordnet. In einer Hybridvariante kann ein Teich oder See als Ober- oder Unterbecken fungieren. Dadurch verringert sich nicht nur der Aufwand unter Tage, sondern es erhöht sich auch die Fallhöhe des Pumpspeicherwerkes und damit die Speicherkapazität.

Potenziale in Deutschland

In Deutschland werden oder wurden im Wesentlichen Stein- und Pechkohle, Kali- und Steinsalz sowie Erze, Spat und Schiefer unter Tage abgebaut. Insgesamt existieren weit über 100.000 Untertagebauten. Jedoch eignet sich nur eine geringe Zahl für die Nachnutzung als Pumpspeicherwerk. So ist beispielsweise im Stein- oder Pechkohleabbau mit explosiven Gasen zu rechnen, in Salzbergwerken würden Umlösungsprozesse stattfinden und Bergwerke im Lockergestein erfordern einen großen Sicherungsaufwand. Ausschlusskriterien sind auch giftige oder umweltgefährdende Stoffe, die freigesetzt werden könnten. Auch muss der Zugang zu noch abbauwürdigen Lagerstätten gewährleistet bleiben.

Fasst man alle Einschränkungen zusammen, so bleiben in erster Linie Erzbergbau-Regionen, in denen mit hoher Wahrscheinlichkeit geeignete Bergwerke zu finden sind. In Deutschland sind dies das Erzgebirge, das Siegerland mit dem Lahn-Dill-Gebiet und der Harz. Insgesamt identifizierten die Wissenschaftler der TU Clausthal und deren Projektpartner im Rahmen des vom Bundesumweltministerium geförderten Projekts „Windenergiespeicherung durch Nachnutzung stillgelegter Bergwerke“ dort 104 Untertagebauten, die gut oder zumindest bedingt geeignet sind.

Zur groben Abschätzung des Gesamtpotenzials trafen die Forscher die vereinfachende Annahme, dass an jedem dieser Standorte ein Speicher mit einer Leistung von 100 MW und einer Kapazität von 400 MWh errichtet werden kann. Daraus ergeben sich theoretisch eine Gesamtleistung von rund 10 GW und eine Speicherkapazität von 40 GWh. Dies entspräche einer Verdoppelung der heute installierten Pumpspeicherkapazität und -leistung in Deutschland.

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TU Clausthal

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