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Ein Unterflur-Pumpspeicherwerk (UPSW) im schematischen Überblick

Bergwerke werden Stromspeicher

Erneuerbare Energien sind der Schlüssel zur Energiewende. Eine Frage ist aber nach wie vor ungelöst: Wie kann die Energie gespeichert werden? Eine Antwort liefern Pumpspeicherkraftwerke.

Universeller Helfer im Bergwerk: Die Wilo-Zetos K 8. Ihre Abrasions- und Korrosionsbeständigkeit gegen Sand und Feststoffe macht sie extrem zuverlässig, auch unter erschwerten Einsatzbedingungen.

Weil ihr Bau allerdings viel Fläche in Anspruch nimmt und so die umgebende Natur in Mitleidenschaft gezogen wird, stoßen herkömmliche Pumpspeicherkraftwerke in der Bevölkerung oft auf Ablehnung. Was nun, wenn man die gigantischen Stromspeicher einfach im Erdreich verstecken würde? Forscher arbeiten am Unterflur-Pumpspeicherwerk.

25 Atomkraftwerke

Am Sturmwochenende im Januar dieses Jahres haben Windanlagen in Deutschland so viel Strom produziert wie rein rechnerisch 25 Atomkraftwerke. Dieser Überschuss führte dazu, dass der Strom zum Negativpreis an der Strombörse verkauft werden musste. Heißt: Stromproduzenten bezahlen ihre Kunden dafür, dass diese ihnen den Strom abnehmen. Nachbarländer mit einer besseren Infrastruktur profitieren schon seit Jahren von diesem überschüssigen Strom. Frankreich beispielsweise verfügt über zahlreiche Pumpspeicherkraftwerke, in denen der in Deutschland produzierte und unschlagbar günstige Ökostrom gespeichert werden kann. Experten raten daher schon seit Jahren dazu, auch in Deutschland mehr Speicher wie Pumpspeicherkraftwerke zu errichten.

Große Fallhöhe, große Kapazität

Ihre Funktionsweise: Ist überschüssiger Strom vorhanden, pumpen sie damit Wasser von einem tief gelegenen Becken in ein hoch gelegenes Becken oder einen See. Die Energie wird so als Lageenergie im Wasser gespeichert. Wird Strom benötigt, strömt das Wasser durch Fallrohre über eine Francisturbine wieder nach unten. Die Turbine treibt einen Generator an, der dann den Strom produziert. Das Besondere an der Francisturbine ist, dass sie auch als Pumpe eingesetzt werden kann und das Wasser später wieder nach oben befördert. Klassischerweise benötigen Pumpspeicherkraftwerke eine entsprechende Fallhöhe und Laufzeit, um rentabel zu sein. Es gilt: Je höher die Fallhöhe, desto größer ist die Speicherkapazität.

Neue Aufgaben für ausgediente Zechen

Um der Natur durch den Bau dieser Kolosse nicht zu schaden, planen Forscher seit einigen Jahren, Pumpspeicherkraftwerke unter Tage zu bauen und so die vorhandene Fallhöhe der Stollen zu nutzen. Bis zu 1.200 Meter Fallhöhe könnten so aktiviert werden. Druckrohre, Speicherbecken und Technik würden im Bergwerk Platz finden. Diese Idee könnte nicht nur dabei helfen, dringend benötigte Pumpspeicherkraftwerke zu bauen: Sie würde auch ausgedienten Zechen im Ruhrgebiet einen neuen Zweck geben.

Eine Chance aus der Region für die Region

Bei konventionellen Pumpspeicherkraftwerken liegen die Speicherbecken meist im Gebirge, wo die nötigen Höhenlagen vorherrschen; die Rohre führen von dort ins Tal. Dieser Landschaftverbrauch entfällt beim sogenannten Unterflur-Pumpspeicherwerk, kurz: UPSW. Hier würde die bereits vorhandene Struktur der ausgedienten Kohlebergwerke weiter genutzt und erweitert werden. Ob die ehemaligen Kohlebergwerke aber tatsächlich für UPSW taugen, muss nicht nur technisch, sondern auch planerisch, rechtlich und wirtschaftlich geklärt werden. Ein interdisziplinäres Team, bestehend aus fünf Lehrstühlen der Universität Duisburg-Essen, drei Lehrstühlen der Ruhr-Universität Bochum, dem Bergbaubetreiber RAG Aktiengesellschaft, dem Bergbaudienstleister DMT und dem RISP, einem An-Institut der Universität Duisburg-Essen, forscht gemeinsam an einer Machbarkeitsstudie.

Machbarkeit bestätigt

Die Projektleitung obliegt dem Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft der Universität Duisburg-Essen unter der Führung von Herrn Prof. Dr.-Ing. André Niemann. Der Experte arbeitet seit November 2012 daran, ausgedienten Kohlebergwerken im Ruhrgebiet eine neue Arbeit zu geben, und weiß: „Der Bergbau und die Firmen der Region verfügen über ein erhebliches Know-how. Gemeinsam haben wir die grundsätzliche Machbarkeit bestätigt.“ Genauer betrachtet wurden bisher die noch aktiven Steinkohle-Bergwerke Prosper-Haniel in Bottrop und Auguste Victoria in Marl. „Das Bergwerk Prosper-Haniel verfügt über eine umfangreiche Infrastruktur, welche gut in ein Pumpspeicherkonzept integriert werden könnte“, sagt Niemann. Die Schachtanlage Prosper II beispielsweise weist eine Fallhöhe von rund 600 Metern auf. Jährlich könnte hier eine Gesamtleistung von 900 Gigawattstunden erzielt werden.

Eine Million Kubikmeter Wasser

„Die technisch größte Herausforderung ist das Auffahren der Kaverne und ihre Erschließung“, erläutert Niemann. Diese Kaverne schafft Platz für den Maschinenraum, das Herzstück der Anlage. Da ein ausreichend großes Gewölbe unter Tage bislang nicht existiert, muss es in mehreren Schritten ausgeschachtet werden. Auch muss Raum für rund eine Million Kubikmeter Wasser geschaffen werden. „Wenn alles ideal läuft, dauert der Bau eines Pumpspeicherkraftwerks unter Tage etwa vier bis fünf Jahre“, so Niemann. Prof. Dr. Eugen Perau vom Fachgebiet Geotechnik der Universität Duisburg-Essen überlegt, anstelle eines großen Speichergewölbes einen tunnelähnlichen, langgestreckten Speicher zu bohren. Dieser würde sich über mehrere Kilometer unterhalb der Ruhrgebietsstädte erstrecken. Schadstoffe kann das Wasser dabei nicht ausschwemmen. „Da Speicher und Zuleitungen für das Wasser ein geschlossenes System bilden – ähnlich wie die Trinkwasserleitungen in einer Wohnung – kommt es zu keiner Wechselwirkung mit der Umgebung des Bergwerks. Selbst wenn sich natürliche oder künstliche Schadstoffe irgendwelcher Art im Untergrund befinden würden, werden diese nicht durch den Betrieb eines Pumpspeicherwerks beeinflusst oder gar mobilisiert“, bestätigt Perau.

Besonderes Potenzial im Ruhrgebiet

Nicht jedes ehemalige Kohlebergwerk wird sich als Standort für ein UPSW eignen, und bisher wurde auch noch keines realisiert. André Niemann sieht aber gerade im Ruhrgebiet ein besonderes Potenzial. Der Vorteil liege in der bereits vorhandenen Infrastruktur: „Das Ruhrgebiet ist ein Energiestandort. Wir verfügen über reichlich Übertragungsnetze. Akzeptanzprobleme, wie aktuell in Bayern, gibt es hier nicht.“ Mit dieser guten Grundsubstanz könnte sich die Region wieder selbst stärken. Die Experten sind sich einig: Pumpspeicherkraftwerke werden für die Energiewende dringend gebraucht. Als Unterflur-Pumpspeicherwerke geben sie der Region in der Bergbaunachfolge eine Chance – die, aus alter Energie neue Energie zu schöpfen.

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