Planen & Bauen, SI 7/2022
Innovative Speicherlösung von ILF
Im Gegensatz zu konventionellen Energieerzeugern (Kohle, Gas und Atom) ist erneuerbare Energie weder konstant noch jederzeit verfügbar.
Wenn Überschuss vorhanden ist, muss Wind- und Sonnenenergie gespeichert werden, um zu Zeiten erhöhten Strombedarfs kurzfristig und zuverlässig für die Speisung in das Netz zur Verfügung zu stehen.
Um eine Vollversorgung mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen zu erreichen, werden also (zukünftig) enorme Speicherkapazitäten benötigt.
Auf wirtschaftliche Weise können nach heutigem Stand der Technik solche Kapazitäten nur über die Speicherung von potentieller Energie in Form von Wasserspeichern sichergestellt werden.
In nachfrageschwachen Zeiten ist überschüssiger Strom vorhanden, mit dessen Energie das Wasser in höher gelegene Stauseen gepumpt wird.
Steigt der Strombedarf, dann wird das Wasser abgelassen und die gespeicherte Energie über Turbinen und Generatoren in nutzbare Elektrizität umgewandelt.
Gerhard Pumpernick
Leiter der Abteilung Wasserkraft und Alpintechnik bei ILF, Rum/Innsbruck (AUT)
„Hat der Kunde Interesse an einer Adaptierung seiner Schneeanlage zur Nutzung als Pumpspeicherkraftwerk, dann findet er bei ILF das gebündelte Fachwissen zu beiden Themen gepaart mit der entsprechenden Umsetzungskompetenz aus einer Hand.“
Pumpspeicherkraftwerke (PSKW)
Pumpspeicherkraftwerke sind die dominante Technik, um Energie im großen Maßstab speichern zu können. Um diese gigantischen Wassermassen jedoch „lagern“ zu können, bedarf es großer Talsperren in Gebirgsregionen.
Leider erscheinen aus Kosten- und Umweltschutzgründen im Alpenraum kaum mehr große Projekte solcher Art umsetzbar. Um trotzdem in absehbarer Zeit die Energieversorgung aus hundert Prozent erneuerbaren Energiequellen realisieren zu können, bedarf es eines Umdenkens hinsichtlich der besseren Ausnutzung vorhandener technischer Potentiale – wie am Beispiel Speicherteich.
Für die Erzeugung von technischem Schnee in heimischen Skigebieten wird – ähnlich wie bei der Pumpspeicherung – Wasser vom Tal zu Speicherteichen am Berg gepumpt. Millionen Kubikmeter Wasser werden so im Alpenraum in Speicherteichen zwischengespeichert.
An kalten Tagen vor Saisonbeginn und an einigen Tagen während der Wintersaison werden die Schneeanlagen dann zur Schneeerzeugung genutzt.
Auf das Jahr bezogen ist es allerdings nur ein kurzer Zeitraum, in dem die Anlagen betrieben werden. Die übrige Zeit stehen sie still – und die in den Speicherteichen vorhandene, wertvolle Energie bleibt ungenutzt.
Norbert Karlsböck
Vorstand der Gletscherbahnen Kaprun AG, Kaprun (AUT)
„Durch die Verstärkung des Wasserkraftwerks mit der dritten Turbine können wir nun ein Drittel des für die Beschneiung benötigten Stroms selbst erzeugen. Das ist ein sehr positiver Beitrag zur Energiebilanz.“
Bereits vorhandene Infrastruktur zur Energiegewinnung nutzen
Die Entwicklungen am Energiesektor führen nun drastisch vor Augen, welche Konsequenzen es durch die Abhängigkeit von Dritten gibt. Dabei läge das energetische Potenzial für die Bergbahnen quasi „vor der Haustüre“.
Im Ideal-fall käme man der angestrebten Stromautarkie durch eine Kombination aus selbst erzeugtem erneuerbarem Strom (bspw. aus Photovoltaik-Anlagen oder Windrädern) mit Sekundärnutzung von Speicherteichen als Energiespeicher einen großen Schritt näher.
ILF Consulting Engineers konnte sich in den vergangenen Jahren dank seiner anerkannten Wasserkraft-Experten insbesondere im Bereich von Pumpspeicherkraftwerken international als eines der führenden Planungsunternehmen etablieren.
Die vorhandene Wasserkraft-Expertise, gebündelt mit der in Seilbahnkreisen bekannten jahrzehntelangen Erfahrung im Bereich von Schneeanlagen, ermöglicht es ILF Consulting Engineers, Projekte zu realisieren, bei denen die Funktion von Schneeanlagen mit den vorhandenen Speicherteichen, Rohrleitungsnetzen und Pumpstationen erweitert wird – nämlich als „natürliche Akkus“ zur Speicherung von grüner Energie zum Nutzen der Betreiber und der Umwelt.
So funktioniert ein Pumpspeicherkraftwerk:
Ein PSKW dient der Zwischenspeicherung von
überschüssiger Energie in Form von potentieller
Energie (Lageenergie) in einem Stausee.
Das Wasser wird durch elektrisch angetriebene
Pumpen in den Speicher gehoben, um später
wieder für den Antrieb von Turbinen zur
Stromerzeugung benutzt werden zu können.
Sie nehmen in nachfrageschwachen Zeiten
überschüssige elektrische Energie aus dem
Stromnetz auf und geben sie bei Spitzenlast
wieder ins Netz ab.
Grundsätzlich gibt es ein Unter- und ein
Oberbecken, zwischen denen das Wasser auf
und ab verlagert wird, wobei das Unterbecken
dabei sowohl ein künstlicher Speicher als auch
ein natürlicher See oder ein Fließgewässer sein
kann. Die Stromerzeugung kann im einfachsten
Fall über den Betrieb der Pumpen in umgekehrter
Richtung (Turbinenbetrieb) erfolgen oder über
separate Turbinen, für die je nach Einsatzbedingungen
unterschiedlichste Bauformen und Größen in Frage
kommen. Die Abbildungen zeigen die Arbeitsweise
eines PSKWs im Pumpbetrieb (Bild links oben) und
im Turbinenbetrieb (Bild links unten).
Praxisbeispiel: Kitzsteinhorn / Kaprun
Die Gletscherbahnen Kaprun AG setzt mit dem Know-how von ILF Consulting Engineers schon seit Jahren auf nachhaltige Energie. Und neben Photovoltaikanlagen auf Betriebsgebäuden wird am Kitzsteinhorn mit dem KKW Grubbach eigene Energie aus Schmelzwasser erzeugt.
Bereits 2012 wurde die erste Ausbaustufe dieses kombinierten Pump- und Wasserkraftwerkes mit zwei Turbinen in Betrieb genommen – ab sofort sorgt eine dritte Turbine im Sommer für Strom und im Winter für Schnee.
Denn die Besonderheit dieser Energieproduktion in Eigenregie: Legt man im Herbst den Hebel um, wird durch die Rohrleitungen Wasser von den großen Hochgebirgsstauseen Mooserboden und Wasserfallboden direkt in die Beschneiungssysteme am Kitzsteinhorn gepumpt.
So müssen im hochalpinen Bereich des Kitzsteinhorns keine zusätzlichen Speicherteiche für die Beschneiung angelegt werden. Im Frühjahr wird wiederum das Schmelzwasser aus einem großen Einzugsbereich im Auffangbecken Langwied gesammelt und kontinuierlich über eine zwei Kilometer lange Rohrleitung und über 460 Höhenmeter zum Kraftwerk geleitet. Dort wandeln drei Turbinen 300 Liter Wasser pro Sekunde in Stromenergie um.