Die Effizienz der Anlagen, auch Wälzwirkungsgrad genannt, liegt zwischen 72 bis 82%, das heißt von 1 kW eingespeistem, also gespeichertem Strom können zwischen 0,72 bis 0,82 kW zurückgewonnen werden. Der Speicherverlust von 18 bis 28% geht als Abwärme in das Beckenwasser. In Mitteleuropa gelangt durch die Globalstrahlung eine Energieflussdichte von 110-135 W/m2 auf die Wasseroberfläche eines Naturgewässers. Davon werden ca. 8% reflektiert (Albedo). In einem Pumpspeicherkraftwerk im Pendelbetrieb kann sich die eingetragene Energiemenge auf 220 W/m2 erhöhen, so dass mit ähnlichen Beckentemperaturen zu rechnen ist wie bei einem (polymiktischen) Natursee in Südspanien.
Beeinflussungen der Wasserbeschaffenheit in den Speicherbecken ergeben sich durch zwei betriebsbedingte Faktoren, den Wärmeeintrag und die permanente Wasserumwälzung, die in Naturgewässern nicht auftreten. Neben ihrer Effektivität als Energiespeicher ist beim Bau und Betrieb von Pumpspeicherkraftwerken auch auf eine gute Wasserqualität in den Speicherbecken zu achten. Daher sind limnologische Begutachtungen des Vorhabens und Prognosen der Güteentwicklung in den Speicherbecken erforderlich.
Problematisch kann die betriebsbedingte Aufwärmung des Beckenwassers insbesondere dann sein, wenn Wasser aus den Becken in unterstromig gelegene Fließgewässer abgeleitet wird und Veränderungen der dortigen Wasserqualität hervorruft. Hier kann es ebenfalls zu einer Wassererwärmung kommen, die unter ungünstigen Umständen die für Fließgewässer anzusetzenden Orientierungswerte nach der europäischen Wasserrahmenrichtlinie (EU-WRRL) bzw. der Oberflächengewässerverordnung (OGewV) überschreitet. In solchen Fällen sind begleitende Optimierungsmaßnahmen erforderlich.
Wenn kohlenstoffreiche Oberböden überstaut werden, stellt der Ersteinstau beim Neubau von Speicherbecken die kritischste Phase in Bezug auf die Wasserqualität dar. Der Abbau (Mineralisierung) des in den Böden enthaltenen organischen Materials erfordert einen hohen Sauerstoffbedarf, so dass im grundnahen Bereich der Becken während des ersten Betriebsjahres häufig Sauerstoffdefizite entstehen.
Zur Verbesserung der aquatischen Milieubedingungen können begleitende Maßnahmen während des Ersteinstaus erforderlich werden. In Frage kommt die künstliche Destratifikation (Vermischung) des Beckenwassers mit dem Ziel einer besseren Sauerstoffversorgung in der Gewässertiefe und der Auflösung von Stoffkonzentrationen über Grund. Alternativ kann auch die Applikation von reinem Sauerstoff zur Vermeidung von Sauerstoffdefiziten im Beckenwasser in Betracht gezogen werden. Beide Verfahren unterbinden starke Sauerstoffdefizite, die unter sulfidischen Bedingungen in Verbindung mit Schwefelwasserstoffbildungen zu Geruchsbelästigungen führen. Nach der Einstauphase, im anschließenden Regelbetrieb der Pumpspeicherkraftwerke treten Belastungen des Sauerstoffhaushaltes im Beckenwasser wegen der betriebsbedingt intensiven Wasserzirkulation gemeinhin nicht mehr auf.
