Das Projekt: Pumpspeicherwerk (PSW) HeimbachVisionen für eine ökologische Zukunft
Die Mainzer Stadtwerke AG prüft seit einigen Jahren die Einrichtung und den Betrieb eines Pumpspeicherwerkes im Bereich des Franzosenkopfes, oberhalb des Mittelrheintals zwischen Niederheimbach und Trechtingshausen.
Die Energiewende hin zu Erneuerbaren Energien halten wir für eine der wichtigsten Herausforderungen unserer Zeit. Eine Aufgabe, der wir uns stellen und die wir gemeinsam mit den Bürgern und Bürgerinnen lösen möchten. Deshalb haben wir die Idee zum Bau des Kraftwerkes Heimbach oberhalb des Rheins weiterentwickelt. Denn zusätzliche Speichermöglichkeiten sind in den kommenden Jahren für den Ausbau der Erneuerbaren Energien unerlässlich.
Ein Beitrag zur Energiewende
In unserer Region drehen sich Windräder umgerechnet auf so genannte Volllaststunden etwa 2000 bis 3000 Stunden im Jahr, Photovoltaikanlagen liefern umgerechnet etwa 1000 Stunden im Jahr Strom. Ein Jahr hat rund 8760 Stunden. Das zeigt: Bei Flaute oder in der Nacht müssen Alternativen bereitstehen. Leider gibt es im Bereich der Erneuerbaren Energien zurzeit nur wenige Techniken, die grundlastfähig sind, also fast das ganze Jahr über Strom produzieren können. Dazu gehört die Stromerzeugung aus Biomasse, die Geothermie oder die Wasserkraft.
Pumpspeicherwerke können hier einen wichtigen Beitrag leisten, weil sie die zuvor durch das Hochpumpen ins Oberbecken gespeicherte Energie bei Windflauten oder in der Nacht rasch in Strom umwandeln können.
Standort Trechtingshausen / Niederheimbach
Grundlegende Voraussetzungen für ein Pumpspeicherwerk sind ein ausreichend großes Oberbecken, ein Unterbecken oder ein geeignetes Gewässer zur Entnahme und Einleitung des Wassers, sowie ein möglichst großer Höhenunterschied. Dies haben Untersuchungen für einen geeigneten Standort für ein PSW ergeben.
Grundsätzlich ist der Bereich des »Franzosenkopfes« für ein PSW gut geeignet, da hier der Höhenunterschied zwischen Oberbecken und Unterbecken fast 500 Meter beträgt und das Gefälle steil genug ist. Da die ursprünglich geplante Wasserentnahme aus dem Rhein nur aufwändig umzusetzen wäre, haben wir nach einem alternativen Unterbeckenstandort gesucht, und diesen im bestehenden Steinbruch der Hartsteinwerke Sooneck gefunden.
Vorausgegangen war ein umfangreiches Standortscreening. Dabei wurde in einem für das Land Rheinland-Pfalz flächendeckend durchgeführten mehrstufigen Verfahren nach geeigneten Standorten für ein Pumpspeicherwerk gesucht. Darüber hinaus wurden sowohl technische Verfahrensalternativen geprüft und für alternative Energieableitungstrassen verschiedene Varianten untersucht. Als Ergebnis lässt sich festhalten, dass das PSW Heimbach sowohl unter umweltfachlichen als auch unter technisch-wirtschaftlichen Gesichtspunkten die am Besten geeignete Lösung darstellt.
Die Funktionsweise eines Pumpspeicherwerkes
Beim geplanten Pumpspeicherwerk soll Wasser aus einem Unterbecken in einen höher gelegenen künstlichen Speichersee gepumpt werden. Dies geschieht in Zeiten, in denen es ein Überangebot an Strom gibt. Beispielsweise wenn der Wind besonders stark weht oder die Sonne stark scheint und gleichzeitig die Menschen und die Unternehmen nicht so viel Strom benötigen.
Oft ist es aber umgekehrt: Der Stromverbrauch ist sehr hoch, Windräder oder Solaranlagen können aber nicht genügend Energie erzeugen. Etwa bei Flaute oder in der Nacht. Dann kann das zuvor hoch gepumpte Wasser im Speicherbecken am Franzosenkopf abgelassen, durch Rohre zu Turbinen geleitet und so umweltfreundlich Strom erzeugt werden. Pumpspeicherwerke können durch diese Funktionsweise sowohl Energie aufnehmen als auch abgeben und damit die Regelung des Stromnetzes unterstützen. Um die Stromversorgung flächendeckend sicherzustellen, müssen die Kraftwerke jederzeit so viel Strom produzieren, wie von den Verbrauchern benötigt wird. Ihre Leistung steht innerhalb weniger Minuten zur Verfügung und kann sehr flexibel geregelt werden.
Pumpspeicherwerke sind meistens so ausgelegt, dass sie mehrere Stunden unter Volllast Strom produzieren können. Die Speicherkapazität ist dabei unter anderem abhängig von der Wassermenge des Oberbeckens und dem Höhenunterschied zwischen dem Oberbecken und der Turbine.
Daten und Fakten
Die geplante Leistung beträgt 280 bis 320 MW (Megawatt). Hauptbestandteile des PSW Heimbach sind das Ober- und Unterbecken, die Stollen als Verbindungen von Ober- und Unterbecken oder zur Energieableitung, das Kraftwerk, Stromableitungstrassen sowie Baustellen- und Unterhaltungszufahrten. Abgesehen vom Ober- und Unterbecken liegen alle Anlagenteile unter der Erde, insbesondere das Kraftwerk, die Transformatoren, die Schaltanlage und die Wasserwege. Sie sind somit nicht zu sehen.
Für die notwendige Ableitung des Stroms sind alternativ zwei Erdkabelvarianten beantragt. Das Oberbecken auf dem Franzosenkopf könnte eine Ausdehnung von 300 mal 440 Meter haben und eine Fläche von rund 14 Hektar aufweisen. Die Ausmaße des Unterbecken sind 220 mal 250 Meter. Das Unterbecken soll im Steinbruch der Hartsteinwerke Sooneck errichtet werden. Ober- und Unterbecken verfügen über eine Höhendifferenz von 467 Metern und werden durch eine unterirdische Druckleitung über die Maschinenkaverne miteinander verbunden. Die Kaverne ist senkrecht unter dem Oberbecken angeordnet. Die Pendelwassermenge des Pumpspeicherwerks beträgt etwa 1,2 bis 1,5 Millionen Kubikmeter.
Die Erstbefüllung des Pumpspeicherbeckens könnte über eine Rohrleitung aus dem Rhein erfolgen. Der im PSW Heimbach erzeugte Strom soll über ein Erdkabel zur westlich des Oberbeckens verlaufenden 380kV-Freileitung der Amprion oder gegebenenfalls weiter zum Umspannwerk Erbach oder alternativ zum Umspannwerk Waldlaubersheim transportiert werden.
Der Stand der Planungen
Aktuell sind die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für den Bau neuer Pumpspeicherwerke derzeit noch nicht ausreichend, um die mehrere hundert Millionen Euro teure Anlage zeitnah realisieren zu können. Daher haben wir die Planungen zur Realisierung des PSW Heimbach aktuell verlangsamt.
Derzeit werden in Deutschland mehr als 50 Prozent des Stromverbrauchs durch Erneuerbare Energien wie Windkraft, Photovoltaik und Wasserkraft erzeugt. Aus Klimaschutzgründen soll dieser Anteil in den nächsten Jahren stark steigen. Bis 2030 sollen 80 Prozent unseres Verbrauchs aus Erneuerbaren Energien stammen. Der größte Anteil entfällt dabei künftig auf die Windkraft an Land und auf See, ebenfalls stark steigen wird unter anderem der Bereich Photovoltaik.
Das geplante Pumpspeicherwerk Heimbach kann einen wertvollen Beitrag dazu leisten, dass Erneuerbare Energien sich rascher durchsetzen und Atomkraftwerke und alte Kohlekraftwerke schneller vom Netz gehen. Wir sind überzeugt: Klimaschutz beginnt vor der eigenen Haustür.
Falls Sie sich für weitere anschauliche Informationen rund um das Projekt interessieren, können Sie nach vorheriger Absprache gerne unser Besucher- und Informationszentrum im Bahnhof in Niederheimbach besichtigen. Gruppen, Schulklassen oder Vereine wenden sich bitte telefonisch an: 06131 12-6062 oder per Mail an klaus.stephan@mainzer-stadtwerke.de.
Mainzer Stadtwerke: FAQHäufige Fragen und passende Antworten rund um das Projekt
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Wie viele Pumpspeicherkraftwerke gibt es in Deutschland?
Momentan werden in Deutschland rund 30 Pumpspeicherkraftwerke betrieben; hinzu kommt noch das PSW Vianden, Luxemburg, dessen Unterbecken teilweise auf deutschem Boden liegt. In 11 Anlagen werden natürliche Wasserzuläufe genutzt, aus denen rund 10 Prozent des in allen PSW erzeugten Stroms gewonnen wird.
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Wer betreibt die vorhandenen PSW?
Die PSW sind im Besitz der großen deutschen Stromkonzerne.
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Was prägt die Standorte der vorhandenen PSW?
Die Standorte sind durch die benötigten geografischen Gegebenheiten und die regionale Nähe zu Verbraucherschwerpunkten gekennzeichnet. Im Zusammenhang mit dem gewollten Ausbau der Erneuerbaren Energien gewinnt bei der Standortwahl für ein Pumpspeicherwerk die Lage der regenerativen Erzeugungsanlagen stark an Bedeutung.
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Was ist die Aufgabe eines PSW?
Die kurzzeitige oder längere Speicherung überschüssigen Stroms. Überschüssig bezeichnet man Strom, wenn zum Erzeugungszeitpunkt kein ausreichender Bedarf zu seiner Nutzung vorhanden ist.
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Kann man die Erzeugung überschüssigen Stroms nicht vermeiden?
Um die Leistung großer thermischer Kraftwerke rauf oder runter zu fahren, benötigt man mehrere Stunden. Der Bedarf an Strom fällt und steigt zu schnell, um die Erzeugungsleistung dieser Anlagen daran zeitnah anzupassen.
Bei regenerativen Anlagen bestimmen der Wind und die Sonne wann eine Stromerzeugung möglich ist oder nicht. Deshalb erzeugen diese Anlagen oft überschüssigen Strom zu Zeiten geringer Nachfrage, aber umgekehrt auch keinen bzw. zu wenig Strom in Zeiten hoher Nachfrage.
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Nach welchem Prinzip arbeitet ein PSW?
Im Wälzbetrieb wird unter Einsatz überschüssigen Stroms Wasser aus einem niedrigen Becken oder Gewässer in ein höher gelegenes Becken gepumpt. Bei Bedarf wird das Wasser aus dem Oberbecken dann durch eine steile Leitung wieder ins Unterbecken oder ins Gewässer abgelassen. Auf diesem Weg treibt es Turbinen zur Stromerzeugung an.
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Sind PSW Stromerzeuger oder Stromverbraucher?
Der Energiebedarf für das Hochpumpen des Wassers ist höher als die Energiemenge, die später aus dem Wasser zurückgewonnen wird. Der Wirkungsgrad der PSW ist allerdings mit rund 80 Prozent sehr hoch. Das heißt, dass von 100 Prozent des zum Pumpen eingesetzten Stroms später 80 Prozent wieder zur Verfügung stehen. Im Vergleich mit anderen Speichertechnologien ist dies ein sehr guter Wert.
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Wie rechnet sich die Investition in ein Strom verbrauchendes PSW?
Es gilt das Prinzip von Angebot und Nachfrage. Überschüssiger Strom zum Hochpumpen des Wassers wird am Markt billiger gehandelt als der Strom aus dem PSW zur Deckung von Bedarfsspitzen oder zur Regulierung der Stromnetze. Aus dieser Handelsspanne muss das für Planung, Bau und Betrieb eingesetzte Kapital sowie dessen Verzinsung erwirtschaftet werden.
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Wann werden PSW genutzt?
In Zeiten hoher Nachfrage zur Deckung von Bedarfsspitzen und zur Stabilisierung (Spannungsregulierung, Frequenzerhaltung etc.) des Stromnetzes. Kommt es zur Instabilität der Stromnetze wären Stromausfall oder Funktionsstörungen bei elektronischen Geräten die Folge.
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Welche Vorteile haben PSW?
Sie sind ein Betrag zu Versorgungssicherheit, indem sie die schnelle Verfügbarkeit – PSW können innerhalb von zwei Minuten auf volle Leistung gefahren werden – von Strom zu einem vernünftigen Preis gewährleisten, was sich auch positiv auf die regionale Standortattraktivität auswirkt.
Sie sind unabdingbare Voraussetzung für einen schnellen Ausbau der Erneuerbaren Energien, da Wind- oder Solaranlagen einem hohen Risiko unterliegen, in Zeiten niedrigen Bedarfs überschüssigen Strom zu erzeugen.
Sie steigern die Energieeffizienz und damit Nachhaltigkeit bestehender Stromerzeugungsanlagen, indem sie deren überschüssigen Strom speichern – dies ist auch ein Beitrag zur CO2-Einsparung.
Sie verringern die Importabhängigkeit auf nationaler wie auch regionaler Ebene.
Es ist eine etablierte, umweltfreundliche, robuste, bewährte und nachhaltige Technologie, die sich durch lange Lebensdauer sowie einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet. -
Welche Umwelt- oder Gesundheitsrisiken gehen von PSW aus?
Keine, weshalb es in der Bevölkerung auch eine grundsätzliche Akzeptanz für ein PSW gibt. In Deutschland werden solche Anlagen bereits seit rund 90 Jahren genutzt.
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Welche Alternativen zu einem PSW gibt es?
In Forschung und Entwicklung bemüht man sich, vorrangig die Stromspeicherung in Batterien, Druckluft- und Wasserstoffspeichern zur Marktreife zu bringen. Stand heute sind diese Technologien den PSW aber hinsichtlich der Speicherkapazität und des Wirkungsgrads deutlich unterlegen. Derzeit sind PSW die einzige umweltfreundliche Technologie zur wirtschaftlichen und nachhaltigen Stromspeicherung.
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Woher soll der Pumpstrom für das geplante PSW kommen?
Vorrangig aus Wind- und Solaranlagen der Region, insbesondere natürlich auch aus dem Hunsrück. Das PSW wird den Ausbau der Erneuerbaren Energien fördern -
Wie werden die Leitungen eines PSW verlegt?
Die Leitungen werden unterirdisch verlegt. (Siehe Funktionsweise PSW)
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Was war ausschlaggebend für die Standortwahl?
Der Standort »Franzosenkopf« bietet die wesentlichen geografischen und infrastrukturellen Voraussetzungen für den Bau eines PSW, z. B. durch ausreichende Verfügbarkeit von Wasser aus dem Rhein, den Höhenunterschied von rund 500 m und das steile Gefälle zwischen Ober- und Unterbecken sowie die nur fünf Kilometer entfernt liegende Hochspannungstrasse als Entnahme-/Einspeisepunkt.
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Wie hoch ist die geplante Gesamtinvestition?
Zum jetzigen Zeitpunkt ist eine genaue Investitionshöhe noch nicht bezifferbar. Vergleichbare Projekte belaufen sich auf eine Investitionssumme zwischen 400 und 800 Millionen Euro.
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Werden heimische Firmen bei der Auftragsvergabe berücksichtigt?
Erfahrungswerte zeigen, dass bei einem Projekt dieser Dimension ein Anteil von mindestens 30 Prozent der Investition an regionale Unternehmen fließt, sei es durch Direktvergabe von Aufträgen oder durch Einbindung dieser Firmen als Subunternehmen.
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Wie lange dauern Zulassungsverfahren und Bau voraussichtlich?
Das Zulassungsverfahren untergliedert sich in Raumordnungsverfahren sowie nachfolgendes Planfeststellungsverfahren. Aktuell haben wir wegen der wirtschaftlichen Rahmenbedingungen unsere Projektidee verlangsamt. Falls sich das PSW-Heimbach zu einem späteren Zeitpunkt realisieren lässt, könnte die Umsetzung in einem Zeitraum von bis zu zehn Jahren erfolgen.
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Welche Vorsichtsmaßnahmen zum Naturschutz werden getroffen?
Das gesamte Genehmigungsverfahren sieht strenge Prüfungen zur Projektverträglichkeit hinsichtlich Raum, Umwelt, Artenschutz, Wasser und Welterbe vor. Darüber hinaus haben wir schon vor Beginn des Genehmigungsverfahrens für eine starke Bürgereinbindung gesorgt, indem wir beispielsweise einen Dialogprozess mit Naturschutzverbänden unter Federführung der Deutschen Umwelthilfe (DUH) initiiert haben. Dabei konnten bereits einige Änderungen in den Planungen vorgenommen werden: das betrifft unter anderem Größe und Lage des Oberbeckens oder die unterirdischen Leitungen. Ein wesentlicher Punkt ist für uns die naturnahe Gestaltung der Anlage.
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