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Flexibilitätsoptionen von Pumpspeicherkraftwerken

 

Wasserkraft wird schon seit der Antike genutzt und gilt als Schlüsseltechnologie für die frühe industrielle Revolution. Das erste Pumpspeicherkraftwerk der Welt wurde Anfang des 20. Jahrhunderts in der Schweiz in Betrieb genommen. Seitdem ist die Pumpspeicherung von Wasserkraft zu einem wichtigen Bestandteil unserer Energieversorgung geworden und bietet die entscheidende Flexibilität, die unser modernes Stromsystem benötigt. Obwohl sie mit 158 GW nur einen kleinen Teil der weltweit installierten Stromerzeugungskapazität ausmachen, stellen sie die überwiegende Mehrheit der Stromspeicherkapazitäten dar und werden dies auch noch einige Zeit tun. Welche Möglichkeiten bieten Pumpspeicherkraftwerke Betreibern und wie können sie diese nutzen?

Zunächst einmal- Wie funktioniert ein Pumpspeicherkraftwerk? Das Grundprinzip ist einfach: In Zeiten geringer Nachfrage wird billiger Strom (manchmal sogar mit negativen Preisen) genutzt, um Wasser in ein höher gelegenes Reservoir zu pumpen. Die Energie wird in Form von Schwerkraftpotential gespeichert. Wenn die Nachfrage - und die Preise - steigen, wird das Wasser freigegeben, um über Turbinen abwärts zu fließen und so Strom zu erzeugen. Die Flexibilität der Speicher ermöglicht es Kraftwerksbetreibern, von Preisdifferenzen zu profitieren. Obwohl der Prozess mit einigen Verlusten verbunden ist, handelt es sich um eine kosteneffiziente Energiespeicherform sowie um die umweltfreundlichste Option, um variable erneuerbare Energien auszugleichen. Die Energierückgewinnung liegt bei etwa 70-80 %, wobei Verluste durch Preisspannen zwischen Pumpenbetrieb und Erzeugung gedeckt werden müssen.

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The hydropower pumped storage tracking tool from the International Hydropower Association shows installed capacities around the world.
Das Hydropower Pumped Storage Tracking Tool der International Hydropower Association zeigt die weltweit installierten Kapazitäten

Die Flexibilität, die Pumpspeicher aus Wasserkraft bieten, wird mit der Energiewende immer bedeutender: Sie wird gebraucht, um erneuerbare Energien auszugleichen, wenn der Wind nicht weht oder die Sonne nicht scheint, oder um überschüssige Energie zu speichern, wenn die Wind- oder Solarproduktion besonders hoch ist. In Regionen, in denen thermische Kraftwerke immer noch den Großteil der Grundlast liefern, helfen Pumpspeicher dabei, Lastschwankungen im Stromnetz auszugleichen oder für den Fall, dass ein Kraftwerk unerwartet vom Netz geht, sowie Energie zu speichern, wenn die Nachfrage gering ist. Extrem kurze Vorlaufzeiten ermöglichen eine schnelle Reaktion bei sowohl positiver als auch negativer Flexibilität

 

Arten von Pumpspeicherkraftwerken

Die Flexibilität eines Pumpspeicherkraftwerk hängt von der Wassermenge und der relativen Höhe zwischen oberem und unterem Reservoir ab. Allerdings sind nicht alle Systeme gleich aufgebaut. Eine Vielzahl von Pumpen- und Generatorkonfigurationen - kombinierte bidirektionale Pumpen-Generatoren, diskrete Pumpen und Generatoren mit flexibler oder fester Kapazität - bieten unterschiedliche Grade von positiver und negativer Flexibilität.

Pumpspeichersysteme unterscheiden sich auch in ihrer physikalischen Konfiguration. Bei open-loop Systemen, die heute etwa 70 % der rund 180 Pumpspeicherkraftwerke in Europa ausmachen, werden ein oder beide Reservoirs mit frei fließendem Wasser gespeist.

Closed-loop Systeme hingegen sind nicht ständig an fließendes Wasser gebunden (nur für die Erstbefüllung und gelegentliches Nachfüllen aufgrund von Verdunstung). Infolgedessen verursachen sie weniger Umweltbelastungen. Da geografische Einschränkungen reduziert sind, erweitert dieses Konzept das Feld der verfügbaren Standorte; sie können leichter in der Nähe von Gebieten mit hoher Nachfrage oder sogar in der Nähe von Wind- und Solarparks platziert werden, um deren überschüssige Erzeugung zu speichern und so netzbedingte Einschränkungen zu reduzieren.

Das Konzept unterirdischer Systeme, die in stillgelegten Minen oder Kavernen liegen, befindet sich in einem eher frühen Entwicklungsstadium. Ein großer Vorteil des Systems, ist die geringe Auswirkungen auf Vegetation und Tierwelt. Unterirdische Systeme bieten außerdem die Möglichkeit weitere Standorte, vor allem in flachen Regionen, erschließen zu können und den Bedarf an Standortwechsel zu senken.

 

Vermarktung von Pumpspeicher-Flexibilität

Heutzutage gibt es verschiedene Märkte, auf denen Sie die Flexibilität Ihrer Pumpspeicher vermarkten können. Am bekanntesten sind Regelenergiemärkte, die geschaffen wurden, um Netzstabilität durch Flexibilität zu gewährleisten. Sie sind traditionell der Hauptweg für die Vermarktung von Pumpspeichern und ihre Nutzung kann je nach Zielstellung sinnvoll sein. Allerdings sind diese Märkte, die direkt von den Übertragungsnetzbetreibern betrieben werden, durch strenge und komplexe Regeln gekennzeichnet. Zusätzlich sind die vorgegebenen Eintrittsbarrieren verhältnismäßig hoch. Die Preisbildung wird weitgehend von wenigen großen Marktteilnehmern bestimmt und man übergibt dem ÜNB ein hohes Maß an Kontrolle über seine Anlage. Sie verpflichten sich, eine bestimmte Kapazität zur Verfügung zu stellen und der ÜNB entscheidet kurzfristig, ob diese benötigt wird oder nicht.

Day-Ahead-Auktionen (und in letzter Zeit an einigen Standorten auch Intraday-Auktionen) sind ebenfalls eine Möglichkeit. Längere Vorlaufzeiten im Vergleich zu anderen kurzfristigen Märkten bedeuten jedoch, dass sie die sehr kurzfristigen Flexibilitätsprobleme, die in den heutigen Stromsystemen vorherrschen, nicht wirklich angehen.

Die jüngste - und höchst attraktive - Option ist der kontinuierliche Intraday-Markt. Preisschwankungen können ausgenutzt werden und bis wenige Minuten vor der physischen Lieferung des Stroms ge- oder verkaufen werden. Die Trades werden an einer organisierten Börse mit unkomplizierteren Marktregeln und niedrigeren Eintrittsbarrieren ausgeführt. Sie bieten außerdem mehr Freiheiten im Vergleich zu Regelenergiemärkten - wenn sich die Bedingungen ändern, können Sie sich jederzeit umentscheiden und eine zuvor eingegangene Position wieder zurück handeln. Dieser Markt bietet reichlich Möglichkeiten, von Ihrer Flexibilität zu profitieren.

Auf sich alleine gestellt, ist der Eintritt in den Intraday-Markt ist jedoch keine leichte Aufgabe. Erhöhtes Volumen und Volatilität, eine ständig wachsende Anzahl von Produkten und der Übergang zum Handel in nahezu Echtzeit machen es für manuelle Händler extrem schwierig, erfolgreich zu sein. Um mit der Konkurrenz mithalten zu können, müssen Sie unbedingt den algorithmischen Handel und die Automatisierung der gesamten Handelswertschöpfungskette implementieren. Wie wir bereits ausführlicher beschrieben haben, erfordert das Betreiben eines eigenen Intraday-Handels ein komplexes Setup mit Software, anspruchsvoller Datenanalyse und einem spezialisierten Team. 

Sind Sie an der Vermarktung Ihres Pumpspeicherkraftwerks interessiert, wissen aber nicht, wie Sie anfangen sollen? Oder möchten Sie einfach nur den Ärger vermeiden, der mit dem Betrieb eines eigenen modernen Intraday-Handelsplatzes verbunden ist? Unser Expertenteam für KI-basierten Energiehandel kann das für Sie übernehmen und Sie in kürzester Zeit mit voller Transparenz und ohne Risiken starten lassen.

 

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Photo: © VERBUND