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Pumpspeicherkraftwerke unter Tage

Vorhandene Infrastrukturen nutzen: Ziele des Projekts

Das Projekt Pumpspeicherkraftwerke unter Tage bietet stillgelegten Zechen nach 2018 eine wertvolle Perspektive. Eine Zukunft, die nicht nur die sinnvolle Flächennutzung ehemaliger Bergwerksgelände beinhaltet, sondern für weltweiten technologischen Fortschritt aus der Tiefe des Ruhrgebiets steht.

Das Ziel des Projekts lautet, ein Konzept zu entwickeln, bei dem vorhandene Bergbauareale unter Tage zu einem Energiespeichersystem für erneuerbare Energien umfunktioniert werden. Unter anderem anhand der unterirdischen Bergbau-Infrastrukturen des Bergwerks Prosper-Haniel in Bottrop erforschen Experten der RAG die Machbarkeit und mögliche Umsetzung eines solchen untertätigen Pumpspeicherkraftwerks.

Der Ausbau von Speicherkapazitäten für regenerativ erzeugten Strom im Ruhrgebiet spielt eine wichtige Rolle bei der Energiewende und treibt das Ziel der RAG voran, durch intelligente Nutzung vorhandener Infrastrukturen nachhaltige Lösungen für ehemalige Bergbauareale nach 2018 zu schaffen.

Die RAG prüft mit Partnern die Möglichkeit, unter Tage Pumpspeicherkraftwerke einzurichten. Dazu werden ehemals bergmännisch genutzte Schächte zu hunderte Meter langen Fallrohren, in denen Wasser Turbinen antreibt – eine nachhaltige Nutzung von ehemaliger bergbaulicher Infrastruktur.

Windkraft und Sonnenenergie sind stark abhängig vom Wetter, so dass die regenerativen Energiequellen variieren und sich nicht nach den Bedürfnissen der Abnehmer richten. So kann es sein, dass zu Verbrauchsspitzen nicht genügend Leistung erzeugt wird oder umgekehrt günstige Witterungsverhältnisse die Bereitstellung großer Mengen an Energie ermöglichen, die aktuell gar nicht nachgefragt wird. Je größer der Anteil dieser Quellen im Energiemix, desto eher kann dies problematisch für die Energieversorgung und die Stabilität der Netze werden.

Ausgleich von Angebot und Nachfrage

Um Angebot und Nachfrage auszugleichen, können Pumpspeicherkraftwerke einen wichtigen Beitrag leisten. So nutzen die Betreiber zu Zeiten von Energieüberschuss elektrische Pumpen, um hochgelegene Wasserbecken zu füllen.

Bei hoher Energienachfrage lassen die Betreiber dann das Wasser über Turbinen in ein tiefergelegenes Speicherbecken abfließen und erzeugen so Elektrizität.

Pumpspeicherkraftwerke wirken also als Energiepuffer für Zeiten der Spitzenlast. Ihre Leistungsfähigkeit bestimmt die Baugröße – je größer die Fallhöhe ist, desto mehr Leistung kann der Generator aus dem zu Tal strömenden Wasser gewinnen, und je mehr Wasser die Speicherbecken fassen, desto länger.

Vorteil unter Tage

Diese Zahlen verdeutlichen, dass mögliche Standorte für Neubauten dieser für die Energiewende strategisch wichtigen Großtechnologie in Deutschland nicht leicht zu finden und politisch durchzusetzen sind. Umso interessanter sind daher Überlegungen der RAG, nach dem Ende des aktiven Steinkohlenbergbaus 2018 Pumpspeicherkraftwerke in untertägigen Grubenanlagen zu errichten. Denn mit der Infrastruktur und dem technologischen Know-how des Bergbaus bringt das Unternehmen wichtige Voraussetzungen für diese anspruchsvollen Projekte mit. Landschaftsverbrauch und Eingriffe in die Natur wären vergleichsweise gering. Die Entwicklung der Technologie bietet zudem Chancen für erneuerbare Energien in den Bergbaurevieren – eine bestechende Vision.

Vorläufer des Projekts

Die weltweit leistungsstärkste Anlage ist das Pumpspeicherkraftwerk Bath County in den USA mit rund 3000 Megawatt (MW) Leistung und einer Fallhöhe von über 380 Metern. Als größte deutsche Anlage mit 1060 MW Leistung und einer Fallhöhe von cirka 350 Metern arbeitet seit 2003 in Thüringen das Pumpspeicherwerk Goldisthal. Für den Bau seines Oberbeckens wurde eine ganze Bergspitze abgetragen: Es misst 55 Hektar Fläche und fasst mit einem Volumen von zwölf Millionen Kubikmeter mehr als anderthalbmal so viel Wasser wie der größte der Ruhrstauseen, der Baldeneysee im Essener Süden.

Kooperation im Projekt

Bei der Machbarkeitsstudie zum Thema Pumpspeicherkraftwerke unter Tage arbeitet die RAG mit renommierten Partnern zusammen. Dazu zählen die Universität Duisburg-Essen, die Ruhr-Universität Bochum, die DMT GmbH & Co. KG sowie das Rhein-Ruhr-Institut für Sozialforschung und Politikberatung e.V. (RISP).

Geschlossene und offene Systeme

Machbarkeitsstudien, welche die RAG derzeit mit renommierten Partnern vorantreibt, untersuchen hierzu ein breites Szenario: Von der Nutzung einer Teilstrecke in einem Bergwerk über die bergwerksweite Nutzung der gesamten untertägigen Anlagen bis hin zum bergwerksübergreifenden Verbund mit Einbeziehung etwa der Wasserhaltung im Ruhrgebiet reichen die Optionen. Je nach technologischer Umsetzung erstreckt sich das Leistungspotenzial von 20 bis zu 360 MW und mehr, mit einer möglichen jährlichen Gesamtleistung von knapp 900 Gigawattstunden (GWh). Dabei untersuchen Ingenieure und Wissenschaftler in ihren Analysen sowohl die Möglichkeiten eines geschlossenen Wasserkreislaufsystems – dem klassischen Pumpspeicherkraftwerk – als auch die eines offenen Systems, das einem konventionellen Wasserkraftwerk etwa an Staustufen ähnlicher ist.

Fotocredit: Universität Duisburg-Essen

Fotocredit: Universität Duisburg-Essen

Herausforderung an die Technologie

Vielfältig sind die technischen Fragen, die untertägige Pumpspeicherkraftwerke aufwerfen: Welche Turbinen sind für den Einsatz in Bergwerksschächten bei Fallhöhen von bis zu 600 Meter geeignet? Welche untertägigen Baumaßnahmen sind erforderlich, und welche Anforderungen an die Betriebs- und Arbeitssicherheit sind auf welche Weise umzusetzen? Wie ist die Anbindung an die Energienetze und die Wasserwirtschaft zu gestalten? Wie schließlich sind die Auswirkungen solcher Anlagen auf das Ökosystem zu bewerten und zu kontrollieren?

Doch so komplex die Technologie auch ist: Grundsätzlich bestätigen die Vorstudien entsprechender Projekte an Saar und Ruhr die Machbarkeit. Entsprechende Zukunftsprojekte, hängen jedoch stark von politischen Vorgaben ab. Und auch die rechtlichen, energiepolitischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen sind erst noch zu schaffen.

Gründe, diese Weichenstellungen jetzt in Angriff zu nehmen gibt es genug – die Energieversorgung der Zukunft ist nicht nur für Deutschland eine technologische und wirtschaftliche Herausforderung. Und auch wenn die Vision untertägiger Pumpspeicherkraftwerke bislang weltweit einzigartig ist – realisierbar wäre das Konzept an vielen Bergwerksstandorten weltweit. So wie heute deutsche Bergbautechnologie ein internationaler Exportschlager ist, könnte sich in den kommenden Jahren das Know-how um die Nutzung untertägiger Anlagen zur Speicherung regenerativer Energien als Zukunftschance für die Bergbauregionen entwickeln. Damit wäre der Bergbau einmal mehr ein wichtiger Impulsgeber.

Das Projekt Potenzial in Zahlen

               rund
 600

            Meter Fallhöhe des Wassers

       360

                 MegaWatt (MW) Leistungspotenzial

                                             möglich 

                ca.
 900

                Gigawattstunden (GWh) jährliche

                                     Gesamtleistung