Erneuerbare Energien: Saisonale Wasserkraft-Speicher können die Energiewende retten
Pumpspeicherwerke speichern bereits heute große Mengen Energie und tragen zur "grünen" Energieerzeugung bei. Für Forscher aus Wien birgt Wasserkraft ein weitaus größeres Potenzial als bislang genutzt wird.
Kaprun-Staudamm in Österreich.
Foto: iStock
Die saisonale Pumpspeicherung von Wasserkraft (SPHS) ist eine bereits etablierte, aber noch wenig genutzte Technologie. Forscher des Internationalen Instituts für angewandte Systemanalyse (IIASA) bei Wien sehen in ihr jedoch ein enormes Potenzial.
Im Vergleich zu anderen ausgereiften Speicherlösungen, wie beispielsweise (synthetisches) Erdgas, bietet Wasserkraft ein beträchtliches Potenzial für äußerst wettbewerbsfähige Energiespeicherkosten. Die saisonale Pumpspeicherung von Wasserkraft könnte eine erschwingliche und nachhaltige Lösung zur Speicherung von Energie und Wasser im Jahresmaßstab sein, schreiben die Forscher in ihrer in “Nature Communications” veröffentlichten Studie.
Saisonale Pumpspeicherung von Wasserkraft bedeutet, dass in Zeiten hoher Wasserführung oder geringen Energiebedarfs Wasser in ein tiefes, parallel zu einem großen Fluss gebautes Speicherreservoir gepumpt wird. Wenn Wasser knapp ist oder der Energiebedarf steigt, wird das Wasser aus dem Reservoir zur Stromerzeugung freigegeben.
Wasserstoff als langfristiger Energiespeicher noch nicht konkurrenzfähig
Viele Industrieländer befinden sich im Übergang zu erneuerbaren Energiequellen, insbesondere zur Wind- und Sonnenenergieerzeugung. Beide Energiequellen weisen jedoch starke Schwankungen sowohl im Tages-, als auch im Jahresverlauf, auf. Um diese auszugleichen und eine stabile Energieversorgung zu gewährleisten, sind daher Speicheralternativen nötig.
Batteriespeicher könnten zwar die täglichen Schwankungen lösen. Die am häufigsten genannte Alternative für die langfristige Energiespeicherung ist Wasserstoff. Seine Erzeugung und Speicherung ist jedoch noch nicht wirtschaftlich konkurrenzfähig, so der Hauptautor der Studie Dr. Julian Hunt.
Bereits 2019 veröffentlichten australische Forscher eine Studie, nach der das globale Potenzial der Wasserkraft bei weitem nicht ausgeschöpft ist. Nach ihren Angaben könnten künstliche und natürliche Seen an über 600.000 Standorten 22 Millionen Gigawattstunden Energie speichern. Die Menschheit benötige davon nicht mal ein Prozent. Sowohl die australische als auch andere Studien lieferten keine Angaben zu Stromerzeugungs- oder Baukosten.
Saisonale Wasserkraft kann 80 Prozent des weltweiten Strombedarfs speichern
Neben topografischen und hydrologischen Daten umfasst die neue Studie des Internationalen Instituts für angewandte Systemanalyse (IIASA) erstmals eine Schätzung der Infrastrukturkosten und die Optimierung des Projektdesigns, um technisch machbare Kandidatenstandorte zu identifizieren, so die Forscher.
Sie kommen zu dem Ergebnis, dass die Kosten für die saisonale Wasserspeicherung zwischen 0,65 und 18,5 Cent pro Kubikmeter liegen. Dementsprechend variieren die Kosten für die langfristige Energiespeicherung zwischen 1,67 und 46 Euro pro Megawattstunde (1,8 bis 50 US-Dollar/MWh). Die kurzfristige Energiespeicherung kostet zwischen 340 und 560 Euro pro Kilowatt installierter Gesamtleistung.
In allen drei Schätzungen sind die Kosten für Damm, Tunnel, Turbine, Generator, Aushub und Land berücksichtigt. Weltweit liegt das geschätzte SPHS-Speicherpotenzial unter 50 $/MWh bei 17,3 Petawattstunden (PWh, Millionen Gigawattstunden). Das entspricht etwa 79 Prozent des Weltstromverbrauchs im Jahr 2017.
Wenig Umwelteinflüsse durch parallele Stauseen
Die Studie befasst sich auch mit ausgewählten Umweltprobleme im Zusammenhang mit der Wasserkraft. Da die saisonale Wasserkraft-Stauseen bis zu 250 Meter tief sind und nicht innerhalb des Flusslaufs, sondern parallel dazu gebaut werden, können die Auswirkungen auf die Umwelt 10 bis 50 Mal geringer ausfallen als bei traditionellen Wasserkraftwerken.
Bei ihren Forschungen gehen die Forscher von einer benötigten Fläche von 1,2 bis 20 Quadratkilometer pro Terawattstunde (km²/TWh) aus. Konventionelle Wasserkraftwerke benötigen bis zu 150 km²/TWh.
Die Forscher stellten zudem fest, dass insbesondere im unteren Teil des Himalaya, in den Anden, den Alpen, den Rocky Mountains, dem nördlichen Teil des Nahen Ostens, dem äthiopischen Hochland, dem brasilianischen Hochland, Mittelamerika, Ostasien, Papua-Neuguinea, dem Sayan-, Yablonoi- und Stanovoy-Gebirge in Russland enormes Potenzial besteht. Einige diese Standorte hatten bereits die australischen Forscher ausgewiesen.
(Mit Material des Internationalen Instituts für angewandte Systemanalyse Wien)
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