Seite 5: Vergleich Ringwallspeicher / Braunkohle

Braunkohletagebaue sind die einzigen Bauwerke, bei denen noch viel mehr Erde bewegt wird, als es für die Errichtung großer Ringwallspeichersysteme erforderlich wäre.

Etwa 50% des in Deutschland erzeugten Stroms wird in Kohlekraftwerken gewonnen.

Ein erheblicher Anteil davon kommt als Importkohle aus anderen Ländern, in denen ähnlich große Abbaugebiete ausgebeutet werden.

Die Kompetenz der Betreiber von Tagebauen bei der Bewegung großer Erdmassen könnte eine Basis zur kostengünstigen Errichtung dieser Energiespeicher werden.

Diese Speichersysteme werden gebraucht, wenn

• die fossilen Rohstoffe zur Neige gehen,
• deren Gewinnung nicht mehr akzeptiert und damit immer kostspieliger wird,
• die CO2-Anreicherung in der Atmosphäre gebremst werden soll,
• nukleare Energietechnik ausgeschlossen wird und * natürliche Energiekreisläufe die Elektrizitätsversorgung übernehmen sollen.

Größter deutscher Braunkohletagebau Hambach

(zwischen Köln und Aachen)

• Ausdehnung: am Ende ca. 85 km^²
• Tiefe: bis über 400 Meter
• Betriebszeit: noch etwa 40 Jahre
• elektrische Leistung der belieferten Kraftwerke: etwa 4 GW
• rund 200 Meter überragt die Hochkippe Sophienhöhe die Bördenlandschaft
• das Abraumvolumen wird mehr als 10 Kubikkilometer erreichen

Allein diese bewegten Erdmassen entsprechen dem Erdbauvolumen von

sieben Ringwallspeicher-Hybridkraftwerken mit

• 215 Metern Wallhöhe,
• 14 Gigawatt Durchschnitts- und
• 22,4 Gigawatt Spitzenleistung.

Der größte deutsche Tagebau Hambach erreicht im Endausbau eine Größe, die der Wasserfläche des illustrierten großen Ringwallspeichers entspricht. Das Grundwasser wird dafür großräumig auf ca. 500 Meter Tiefe abgesenkt.

Allein das in einem etwa sechsjährigen Vorlauf, vor der ersten Kohleförderung auf die etwa 200 Meter hohe Halde gekippte Volumen von rund 10 km³ des abgetragenen Deckgebirges würde ausreichen, um sieben Ringwallspeicher in der in Abbildung 11 gezeigten Größe zu errichten.

Enorme zusätzliche Bodenmassen werden innerhalb des Tagebaus vor der Abbaulinie abgetragen und dahinter wieder aufgefüllt.

Die mit diesem Erdbauvolumen geschaffenen Ringwallspeicher-Hybridsysteme könnten ein Mehrfaches an elektrischer Leistung bereitstellen, als dieser Tagebau.

Auch der in Abbildung 13 aus dem Flugzeug aufgenommene Tagebau in Tschechien, bei Sokolov, im Süden des Erzgebirges, zeigt diese gewaltigen Erdbewegungen, die Realität ist, um Elektrizität aus der gespeicherten fossilen Energie der Braunkohle umzuwandeln.

Bei einer insgesamt in Anspruch genommenen Fläche von ca. 120 km^² werden dort Kohlekraftwerke mit etwa 800 MW Leistung bedient.

Ringwallspeicher werden höchst wahrscheinlich nie die in Abbildung 13 daneben gestellte idealisierte, kreisrunde Form annehmen.

Dafür besteht auch keine Notwendigkeit.

Im Gegensatz zu Tagebauen, die regelmäßig zur Umsiedlung ganzer Ortschaften führen, können bei Ringwallspeicherprojekten sensible Gebiete und Ortschaften ausgespart und reizvoll in die entstehende neue Landschaft integriert werden.

Unter Ausnutzung natürlicher Höhenunterschiede können sie auch viel kleiner, als in der Illustration gezeigt, wirtschaftlich errichtet werden.

Ringwallspeicher mit ähnlichem Bauaufwand

Dämme verschlingen das größte Bauvolumen im Fußbereich.

Bereits geringe Höhenunterschiede, bei denen man kaum an die Errichtung eines klassischen Pumpspeicherkraftwerks denken würde, reduzieren bei der Errichtung von Ringwallspeichern das erforderliche Erdbauvolumen für den Ringwall ganz erheblich.

Da das Pegelspiel im Oberbecken auf die obere Wasserschicht von beispielweise 50 Meter begrenzt ist, bleibt dabei die Speicherkapazität erhalten.

Dabei kann mit einem Aufwand von wenigen Kubikmetern Erdbau pro Kilowattstunde Speicherkapazität in Kapazitätsgrößenordnungen vorgestoßen werden, die ausreichen um auch die längsten Defizitphasen bei der regenerativen Stromversorgung sicher zu überbrücken.

Der spezifische Aufwand, ausgedrückt in € pro Kilowattstunde Speicherkapazität, sinkt weiter drastisch, wenn man von diesen Verhältnissen ausgehend, bei gegebenen Höhenunterschieden die Systeme noch etwas größer errichten kann.

Das Diagramm in Abbildung 14 zeigt, wie sich Höhenunterschiede auf die erforderliche Baugröße auswirken, um unter etwa gleichem Bauaufwand ähnliche spezifische Kosten pro Kilowattstunde Speicherkapazität erreichen zu können.

Dem Diagramm liegen folgende Eckdaten zugrunde:

mittlere Fallhöhe: 200 m, maximales Pegelspiel: Unterbecken 20 Meter, Oberbecken 50 Meter. Speicherreichweite bei den angegebenen Durchschnittsleistungen: 14 Tage. Erdbauaufwand: ca. 2,4 m³/kWh, Flächenbedarf: ca. 0,15 bis 0,23 m^²/kWh.

Der Erdbauaufwand ist der entscheidende Kostenfaktor bei Ringwallspeichern mit sehr großer Kapazität. Die Technikkosten für Pumpturbinen, Motorgeneratoren, Rohrleitungen und sonstige Gewerke treten mit zunehmender Kapazität (10 bis 14 Tagesladungen) bei den betrachteten Baugrößen in den Hintergrund.

Bei einem nutzbaren natürlichen Höhenunterschied zwischen Ober- und Unterbecken von beispielsweise 100 Metern, müsste der Ringwall nur noch zwei Kilometer Durchmesser bekommen, um ähnlich günstige Baukosten erreichen zu können, die sich im flachen Land bei sechs Kilometern Ringwalldurchmesser einstellen würden.

Bei Ringwallspeichern, die offshore in einem flachen Meer errichtet würden, könnte man sich das Unterbecken sparen. Der Ringwall müsste entsprechend groß angelegt werden, um den Erdbauaufwand pro Kilowattstunde Speicherkapazität in der gleichen Größenordnung zu halten.

Grundwasserschutz und Untergrundstabilität

Tagebaulöcher eignen sich in der Regel nicht als Unterbecken!

• Aus dem Untergrund austretendes Grundwasser destabilisiert diesen.
• Bergrutsche in die Tagebaulöcher wie in Nachterstedt wären zu erwarten.
• Austauschbeziehungen zwischen Beckenwasser und Grundwasser verunreinigen dieses.
• Grundwasserzutritt in ein Unterbecken würde eine permanente Energiezufuhr für das Abpumpen erfordern, um die Höhendifferenz zum Oberbecken aufrechterhalten zu können.
• Unterbecken müssen deshalb so angelegt werden, dass sie keine problematischen Wechselwirkungen mit dem Grundwasser und dem Umgebungsuntergrund hervorrufen.

Beckenabdichtung und Beckenanordnung

Anforderungen an eine Wasserbecken-Oberflächenabdichtung

• Wasserundurchlässig
• Verformbar
• Belastbar
• Witterungsfest
• Kontrollierbar
• Wechselbelastungsstabil
• Kostengünstig
• Einfach herstellbar
• Schadenstolerant
• Reparierbar

Abbildung 15 skizziert einen denkbaren Lösungsansatz für eine kostengünstige, kontrollierbare und verformungstolerante Abdichtung, die für das Oberbecken und in Abwandlung auch für das Unterbecken eingesetzt werden könnte.

Im konkreten Einzelfall sind immer auch andere Lösungen denkbar, die den Grundwasserschutz, die Bauwerksstabilität und die Dichtheit insbesondere des Oberbeckens gewährleisten.

Bodenbefestigungselemente werden aus recycelten Kunststoffen hergestellt. Sie lassen sich mit geringen Kosten großflächig verlegen. Weiterführende Informationen dazu unter finden sich bei Purus Plastics (Zugriff 27.04.2015).

Unter dem Beckenboden anfallendes Grundwasser muss über entsprechend dimensionierte Drainagesysteme immer soweit abgeleitet werden können, dass ein Anheben der Dichtungsschicht durch von unten anstehendes Wasser, insbesondere bei entleertem Becken zu jeder Zeit ausgeschlossen werden kann.

Die Speicheranlage sollte, wenn möglich, immer so im Gelände angelegt werden, dass eventuell anfallendes Grundwasser unter der Bodendichtungsschicht mit natürlichem Gefälle abgeleitet werden kann. Von Vorteil ist es zudem, wenn aus höher liegenden Wasserressourcen eine Befüllung des Systems ohne Energieaufwand erfolgen kann.

Ringwallspeicher Lieberose

Abbildung 16 zeigt die örtlichen Verhältnisse mit einem Blick von oben und aus einer schrägen Perspektive von Süden über Cottbus und den Tagebau Jänschwalde auf einen als Einstiegsüberlegung skizzierten Ringwallspeicher.

Das Unterbecken zu einem Ringwallspeicher im Gebiet des Truppenübungsplatzes Lieberose sollte

• durch natürlichen Wasserzulauf ohne Energieaufwand befüllt werden können und
• vor dem Grundwasserdruck durch Filterschichten unter dem Beckenbodens und der Beckenabdichtung bewahrt werden.

Deshalb ist hier angedacht, die Entwässerung des Untergrunds nach Nordosten, zur Oder hin anzulegen, die im Bereich vor Eisenhüttenstadt noch etwa 28 Meter über Normal Null liegt.

Zur Befüllung ist angedacht, die Neiße, im Südosten, nahe Grießen, auf einem Höhenniveau von etwa 60 Metern über Normal Null anzuzapfen.

Sollte das nicht ausreichen oder für die Oder eine Möglichkeit zum Hochwassermanagement gewünscht sein, dann könnte am nordöstlichen Arm des Unterbeckens, südlich von Eisenhüttenstadt zusätzlich ein mit dafür ausgelegten Pumpturbinen versehenes Bauwerk zum Wasseraustausch mit dem Unterbecken des Ringwallspeichers errichtet werden.

Bei einem unteren Wasserstand im Unterbecken bei etwa 40 m über Meereshöhe (Normal Null, NN) und einem oberen Wasserstand von 65 bis 75 m über NN ergäbe sich ein maximales Pegelspiel im Unterbecken von 25 bis 35 Metern. Die Entwässerung des Beckenuntergrunds ohne Energieaufwand erscheint möglich. Die Erstbefüllung des Beckens ohne Energiezufuhr ebenso.

Der Ringwallspeicher selbst würde auf ein Gelände mit einer Höhenlage von etwa 80 Metern über NN aufgesetzt und könnte eine Wallhöhe von etwa 200 m bekommen.

Nordöstlich vom eingezeichneten Standort gibt es noch höhere unbewohnte Gebiete, die aus energietechnischer Sicht ggf. noch besser geeignet wären.