Wasserqualität in Pumpspeicherkraftwerken
Durch die Energiewende in Deutschland wird sich der Bedarf an Pumpspeicherkraftwerken erhöhen. Dies macht neben der Gewährleistung einer guten Wasserqualität in den Speicherbecken während des Betriebes auch Anstrengungen zur Akzeptanzgewinnung in der Planungs- und Bauphase erforderlich, die teilweise die üblichen Anforderungen eines Planfeststellungsantrages übersteigen. Dabei kann eine intensive limnologische Begleitung des Vorhabens sowie die Erarbeitung und Vorstellung gütesichernder Maßnahmen hilfreich sein.
- Erstellung gewässerökologischer Fachgutachten für den Planfeststellungsantrag
- Erarbeitung von Konzeptionen zur Verbesserung und langfristigen Sicherung der Wasserqualität in bestehenden Speicherbecken
- Prognosen der Wassertemperatur und Wasserqualität in den Speicherbecken mittels rechnergestützter numerischer Modellierungen in Abhängigkeit von den meteorologischen, morphologischen und hydraulischen Randbedingungen
Pumpspeicherkraftwerke dienen als Energiespeicher auf der Basis von Wasserkraft. Zum Zweck der Energiespeicherung wird Wasser von einem Unterbecken oder aus einem Fließgewässer in ein höher gelegenes Oberbecken gepumpt. Beim Ablassen des Wassers aus dem Oberbecken kann die gespeicherte Energie mittels Turbinen und Generatoren wieder zurückgewonnen werden. Damit ist es möglich, ein Überangebot von Energie dem Stromnetz zu entnehmen und für die Deckung von Versorgungslücken wieder einzuspeisen. Pumpspeicherkraftwerke können daher eine wichtige Rolle zur Energiesicherung im Rahmen der Energiewende und des Ausbaus der erneuerbaren Energien spielen, indem sie die volatile Erzeugung von Wind- und Sonnenenergie kompensieren.
Oberbecken von Pumpspeicherkraftwerken (Hornbergbecken, Fotos BGL)
Unterbecken von Pumpspeicherkraftwerken (links: Wehrabecken, rechts: Schwarzenbachtralsperre, Fotos BGL)
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 Natur-gewässern 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 Verände-rungen der dortigen Wasserqualität hervorruft. Hier kann es ebenfalls zu einer Wassererwärmung kommen, die unter ungünstigen Umständen die für Fließgewässer anzusetzenden Orientierungswerte nach der europäischen Wasserrahmenrechtlinie (EU-WRRL) bzw. der Oberflächengewässer-verordnung (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.
Sauerstoffverluste beim Ersteinstau eines Speicherbeckens durch den Abbau organischen Materials in den überstauten Oberböden
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 Regelbetrieb der Pumpspeicherkraftwerke treten Belastungen des Sauerstoffhaushaltes im Beckenwasser wegen der betriebsbedingten intensiven Wasserzirkulation gemeinhin nicht mehr auf.
