Beim Pumpspeicherkraftwerk (PSKW) hängt die speicherbare Energie vom sogenannten Pendelwasservolumen und der Fallhöhe ab. Beide Größen sind linear verbunden. Beim PSKW wird zwischen dem Pumpzyklus und dem Turbinenzyklus unterschieden. Das Wasser wird bei Stromüberschuss im Netz z.B. bei starkem Wind oder Solarstrom über die Tagesmitte ins Oberbecken gepumpt und bei Strommangel – zukünftig meist nachts aus dem Oberbecken durch die Turbinen ins Unterbecken – in Hambach in die Betonglocken gelassen. Im Turbinenbetrieb werden ca. 80% der Energie des vorherigen Pumpzyklus zurückgewonnen.
Die Leistung beim Turbinenzyklus lässt sich leicht als das Produkt aus dem sekündlichen Durchfluss, der Fallhöhe, der physikalischen Konstante g = 9,81 m/s² und dem Wirkungsgrad errechnen. Für eine Fallhöhe von rund 350 m im Mittel, einem sehr großen möglichen Volumenstrom von ca. 1000 m³/s und einem Wirkungsgrad von 88% würde sich eine Turbinenleistung von 3021 MW ergeben. Diese sehr große Turbinenleistung wird auf mehrere Maschinen aufgeteilt. Bei einer gängigen Größe von ca. 300 MW/Pumpturbine wären 10 Maschinensätze (Pumpturbine + Generator) notwendig.
Bei 10 h Turbinenzyklus (Nacht + Tagesrandstunden) würden dann rund 36 Mio. m³ Wasser bewegt. Das ist nur ein Bruchteil des in der Manheimer Bucht theoretisch bereitstellbaren Oberwasservolumens von ca. 100 bis 200 Mio. m³.
Ein Pendelwasservolumen von 36 Mio. m³ würde als Unterwasserreservoir 36 Kavernen zu je rund 1 Mio. m³ Inhalt erfordern.
Sowohl die Fallhöhe als auch die bewegten Wassermengen sind im Wasserkraftanlagenbau ganz übliche Größen (siehe hierzu Wikipedia).
Technische Daten / Energiegleichung
Annahmen
- Innen-Durchmesser Betonglocke: 100m
- Innen-Höhe Betonglocke: 150m
- Wandstärke Betonglocke: 5m
- Anzahl Betonglocke: 120
- Pumpe: 400MW für je 3 Betonglocken
- Turbine/Generator: 300MW für je 3 Betonglocken
- mittlere Fallhöhe: 350m
Wassermenge
- Innen-Volumen einer Betonglocke (in etwa Zylinder + Halbkugel):
- Zylinder: Radius 50m, Höhe 100m
- Volumen: V = 3.14 * r ^ 2 * h = 3.14 * 50m ^ 2 * 100m = 785000m³
- Halbkugel: Radius 50m
- Volumen: V = 1 / 2 * 4 / 3 * 3.14 * r ^ 3 = 1 / 2 * 4 / 3 * 3.14 * 50m ^ 3 = 262000m³
- Volumen Betonglocke: 785000m³ + 262000m³ = 1.05 Mio m³
- Zylinder: Radius 50m, Höhe 100m
- Gesamt-Innen-Volumen aller Betonglocken: 120 * 1.05 Mio m³ = 126 Mio m³
Speicherbare Energie
- Volumen Wasser: 126 Mio m³
- Masse Wasser: 126 Mio m³ * 1000 kg/m³ = 126 Mrd kg
- mittlere Fallhöhe: 350 m³
- speicherbare Energie: E = m * g * h = 126 Mrd kg * 9.81 m/s² * 350 = 433 TJ = 120 GWh