Die chinesische Wetterbehörde erklärte, dass aufgrund der durch die globale Erwärmung verschärften Unsicherheit des Klimasystems extreme Hitzewellen und extreme Starkniederschlagsereignisse in China häufiger und stärker auftreten.
Seit der industriellen Revolution haben die von Menschen verursachten Treibhausgase zu abnormal hohen globalen Temperaturen, einem Anstieg des Meeresspiegels und extremen Wetterereignissen wie Regenstürmen, Überschwemmungen und Dürren geführt, die in verschiedenen Regionen mit höherer Dichte und Häufigkeit auftreten.
Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) wies darauf hin, dass steigende globale Temperaturen und die übermäßige Verbrennung fossiler Brennstoffe zu einer der größten Bedrohungen für die menschliche Gesundheit geworden sind. Neben der Gefahr von Hitzschlag und Herz-Kreislauf-Erkrankungen kann der Klimawandel dazu führen, dass sich mehr als 50 % der bekannten Krankheitserreger beim Menschen verschlimmern.
Der Klimawandel stellt eine der größten Herausforderungen der heutigen Zeit dar. Als einer der größten Emittenten von Treibhausgasen verkündete China im Jahr 2020 das Ziel der Klimaneutralität und des Erreichens des Emissionsmaximums. Damit gab das Land ein feierliches Bekenntnis gegenüber der internationalen Gemeinschaft ab, demonstrierte die Verantwortung und das Engagement einer Großmacht und unterstrich die dringende Notwendigkeit, die Transformation und Modernisierung der Wirtschaftsstruktur voranzutreiben und ein harmonisches Zusammenleben von Mensch und Natur zu fördern.
Turbulenzen als Herausforderungen des Stromsystems
Der Energiesektor ist ein intensiv beobachtetes Schlachtfeld für die Umsetzung des Konzepts der „dualen Kohlenstoffbindung“.
Für jeden Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur um 1 Grad Celsius trägt Kohle mehr als 0,3 Grad Celsius bei. Um die Energiewende weiter voranzutreiben, ist es notwendig, den Verbrauch fossiler Energieträger zu reduzieren und den Aufbau eines neuen Energiesystems zu beschleunigen. In den Jahren 2022 und 2023 verabschiedete China über 120 Maßnahmen zur Klimaneutralität, die insbesondere die Förderung der Entwicklung und Nutzung erneuerbarer Energien in den Vordergrund stellen.
Dank gezielter politischer Maßnahmen hat sich China zum weltweit größten Nutzer neuer und erneuerbarer Energien entwickelt. Laut Angaben der Nationalen Energiebehörde betrug die neu installierte Leistung erneuerbarer Energien im ersten Halbjahr 2024 134 Millionen Kilowatt, was 88 % der gesamten neu installierten Leistung entspricht; die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien belief sich auf 1,56 Billionen Kilowattstunden, was etwa 35 % der gesamten Stromerzeugung ausmacht.
Mehr Windkraft und Photovoltaik werden in das Stromnetz integriert, wodurch saubererer grüner Strom für die Produktion und den Alltag der Menschen bereitgestellt wird, gleichzeitig wird aber auch die traditionelle Betriebsweise des Stromnetzes in Frage gestellt.
Die traditionelle Stromversorgung erfolgt planmäßig und ohne Verzögerung. Wenn Sie den Strom einschalten, bedeutet das, dass Ihr Bedarf im Voraus berechnet wurde und gleichzeitig irgendwo Strom für Sie erzeugt wird. Die Leistungskurve des Kraftwerks und die Übertragungskurve des Übertragungsnetzes werden anhand historischer Daten im Voraus geplant. Selbst bei einem plötzlichen Anstieg des Strombedarfs kann dieser durch das Zuschalten von Reservekraftwerken rechtzeitig gedeckt werden, wodurch ein sicherer und stabiler Betrieb des Stromnetzes gewährleistet wird.
Mit der zunehmenden Verbreitung von Wind- und Photovoltaikanlagen hängt die Stromerzeugung jedoch stark vom Wetter ab, was die Planung erschwert. Bei guten Wetterbedingungen laufen die Anlagen zwar mit voller Kapazität und produzieren große Mengen an Ökostrom, doch wenn die Nachfrage nicht steigt, kann dieser Strom nicht ins Netz eingespeist werden. Bei hohem Strombedarf und gleichzeitigem Regen und Bewölkung laufen die Windkraftanlagen nicht, die Photovoltaikmodule erreichen nicht die gewünschte Temperatur, und es kommt zu Stromausfällen.
Die bisherige Vernachlässigung von Wind- und Lichtenergie in Gansu, Xinjiang und anderen Provinzen mit neuen Energien war auf saisonale Stromengpässe in der Region und die Unfähigkeit des Stromnetzes zurückzuführen, diese rechtzeitig aufzunehmen. Die Unvorhersehbarkeit der Erzeugung sauberer Energie stellt die Netzsteuerung vor Herausforderungen und erhöht die Betriebsrisiken des Stromsystems. In Zeiten, in denen die Menschen für Produktion und Alltag stark von einer stabilen Stromversorgung abhängig sind, hat jedes Ungleichgewicht zwischen Stromerzeugung und -verbrauch schwerwiegende wirtschaftliche und soziale Folgen.
Es besteht eine Diskrepanz zwischen der installierten Kapazität neuer Energien und der tatsächlichen Stromerzeugung. Der Strombedarf der Verbraucher und die von Kraftwerken erzeugte Leistung können nicht im Sinne von „Quelle folgt Last“ und „dynamischem Gleichgewicht“ erreicht werden. Der erzeugte Strom muss zeitnah verbraucht oder gespeichert werden – eine notwendige Voraussetzung für den stabilen Betrieb eines gut organisierten Stromnetzes. Um dieses Ziel zu erreichen, ist neben dem Aufbau eines präzisen Prognosemodells für saubere Energie durch genaue Analyse von Wetterdaten und historischen Stromerzeugungsdaten auch eine Erhöhung der Flexibilität der Netzsteuerung durch Instrumente wie Energiespeichersysteme und virtuelle Kraftwerke erforderlich. Das Land betont die „Beschleunigung der Planung und des Aufbaus eines neuen Energiesystems“, und Energiespeicher sind dabei eine unverzichtbare Technologie.
„Grüne Bank“ im neuen Energiesystem
Im Zuge der Energiewende hat die Bedeutung von Pumpspeicherkraftwerken zunehmend an Bedeutung gewonnen. Diese Technologie, die Ende des 19. Jahrhunderts entstand, wurde ursprünglich entwickelt, um saisonale Wasserressourcen in Flüssen zur Stromerzeugung zu nutzen. Vor dem Hintergrund der beschleunigten Industrialisierung und des Baus von Kernkraftwerken hat sie sich rasant weiterentwickelt und ist allmählich ausgereift.
Das Prinzip ist denkbar einfach. Zwei Stauseen werden auf dem Berg und am Fuße des Berges angelegt. Wenn die Nacht oder das Wochenende anbricht, sinkt der Strombedarf, und der günstige Überschussstrom wird genutzt, um Wasser in den oberen Stausee zu pumpen. Bei Spitzenlast wird Wasser abgelassen, um Strom zu erzeugen, sodass die Stromversorgung zeitlich und räumlich angepasst werden kann.
Als jahrhundertealte Energiespeichertechnologie hat die Pumpspeicherung im Zuge der „Dual-Carbon“-Initiative eine neue Aufgabe erhalten. Bei hoher Stromerzeugungskapazität von Photovoltaik und Windkraft und gleichzeitig reduziertem Strombedarf kann die Pumpspeicherung überschüssigen Strom speichern. Steigt der Strombedarf, wird dieser Strom wieder abgegeben, um das Stromnetz im Gleichgewicht zu halten.
Es ist flexibel und zuverlässig und zeichnet sich durch schnelles An- und Abschalten aus. Von der Inbetriebnahme bis zur Volllaststromerzeugung vergehen weniger als vier Minuten. Bei einem großflächigen Stromausfall kann das Pumpspeicherkraftwerk schnell anspringen und die Stromversorgung wiederherstellen. Es gilt als letzter Funke, um das Stromnetz wieder zum Leuchten zu bringen.
Als eine der ausgereiftesten und am weitesten verbreiteten Energiespeichertechnologien ist die Pumpspeicherung derzeit die weltweit größte „Batterie“ und macht über 86 % der weltweit installierten Speicherkapazität aus. Verglichen mit neuen Energiespeichern wie elektrochemischen Speichern und Wasserstoffspeichern zeichnet sich die Pumpspeicherung durch stabile Technologie, niedrige Kosten und hohe Kapazität aus.
Ein Pumpspeicherkraftwerk ist auf eine Lebensdauer von 40 Jahren ausgelegt. Es kann 5 bis 7 Stunden täglich betrieben werden und kontinuierlich Wasser abgeben. Es nutzt Wasser als „Brennstoff“, hat niedrige Betriebs- und Wartungskosten und ist unabhängig von Preisschwankungen bei Rohstoffen wie Lithium, Natrium und Vanadium. Seine Wirtschaftlichkeit und Leistungsfähigkeit sind entscheidend für die Senkung der Kosten für Ökostrom und die Reduzierung der CO₂-Emissionen des Stromnetzes.
Im Juli 2024 wurde in Guangdong der erste Provinzplan Chinas zur Einführung von Pumpspeicherkraftwerken im Strommarkt offiziell veröffentlicht. Pumpspeicherkraftwerke werden künftig Strom im Spotmarkt auf neuartige Weise handeln, indem sie „Menge und Preis angeben“ und „Wasser pumpen, um Strom zu speichern“ sowie „Wasser abgeben, um Strom zu gewinnen“. Dadurch übernehmen sie eine neue Rolle als Speicher und Zugang zu erneuerbarer Energie, eine Art „grüner Stromspeicher“, und erschließen sich neue Wege zur Erzielung marktorientierter Vorteile.
„Wir werden wissenschaftlich fundierte Preisstrategien entwickeln, uns aktiv am Stromhandel beteiligen, die Gesamteffizienz der Anlagen verbessern und uns bemühen, Anreize aus Strom- und Strompreisen zu erzielen und gleichzeitig den Anteil neuer Energien am Energieverbrauch zu erhöhen“, sagte Wang Bei, stellvertretender Generaldirektor der Abteilung für Energiespeicherplanung und -finanzierung des Southern Power Grid.
Ausgereifte Technologie, enorme Kapazität, flexible Speicherung und Zugangsmöglichkeiten, langanhaltende Leistung, niedrige Kosten über den gesamten Lebenszyklus und zunehmend verbesserte marktorientierte Mechanismen haben Pumpspeicherkraftwerke zum wirtschaftlichsten und praktischsten „Allrounder“ im Zuge der Energiewende gemacht. Sie spielen eine Schlüsselrolle bei der Förderung der effektiven Nutzung erneuerbarer Energien und der Gewährleistung der Sicherheit und Stabilität des Stromsystems.
Kontroverse Großprojekte
Vor dem Hintergrund der nationalen Energiestrukturreform und der rasanten Entwicklung neuer Energien hat der Bau von Pumpspeicherkraftwerken einen regelrechten Boom erlebt. Im ersten Halbjahr 2024 erreichte die kumulierte installierte Leistung von Pumpspeicherkraftwerken in China 54,39 Millionen Kilowatt, was einem Investitionswachstum von 30,4 Prozentpunkten gegenüber dem Vorjahreszeitraum entspricht. In den nächsten zehn Jahren wird das Investitionsvolumen für Pumpspeicherkraftwerke in China voraussichtlich fast eine Billion Yuan betragen.
Im August 2024 veröffentlichten das Zentralkomitee der KPCh und der Staatsrat die „Meinungen zur Beschleunigung der umfassenden grünen Transformation der wirtschaftlichen und sozialen Entwicklung“. Bis 2030 wird die installierte Leistung von Pumpspeicherkraftwerken 120 Millionen Kilowatt übersteigen.
Zwar bieten sich Chancen, doch bergen sie auch das Problem überhitzter Investitionen. Der Bau von Pumpspeicherkraftwerken ist ein anspruchsvolles und komplexes System, das zahlreiche Schritte wie Regulierung, Vorarbeiten und Genehmigungsverfahren umfasst. Im Zuge des Investitionsbooms vernachlässigen manche Kommunen und Betreiber häufig die wissenschaftlichen Aspekte der Standortwahl und der Kapazitätsauslastung und streben übermäßig nach Geschwindigkeit und Umfang der Projektentwicklung, was eine Reihe negativer Folgen nach sich zieht.
Bei der Standortwahl für Pumpspeicherkraftwerke müssen geologische Gegebenheiten, die geografische Lage (Nähe zum Lastzentrum, Nähe zum Energiezentrum), ökologische Schutzzonen, die Fallhöhe, Landerwerb und Zuwanderung sowie weitere Faktoren berücksichtigt werden. Eine unzweckmäßige Planung und Anordnung kann dazu führen, dass die Kraftwerke nicht den tatsächlichen Bedürfnissen des Stromnetzes entsprechen oder gar unbrauchbar sind. Dies führt nicht nur zu erheblichen Bau- und Betriebskosten, die zunächst schwer zu tragen sind, sondern kann auch während der Bauphase zu Problemen wie der Beeinträchtigung ökologischer Schutzzonen führen. Nach Fertigstellung des Kraftwerks entstehen Sicherheitsrisiken, wenn die technischen Standards sowie die Betriebs- und Wartungsanforderungen nicht erfüllt werden.
„Es gibt immer noch Fälle, in denen die Standortwahl für einige Projekte unvernünftig ist.“ Lei Xingchun, stellvertretender Leiter der Infrastrukturabteilung der Southern Grid Energy Storage Company, erklärte: „Das Wesen eines Pumpspeicherkraftwerks besteht darin, den Bedarf des Stromnetzes zu decken und die Einspeisung neuer Energien in das Netz zu gewährleisten. Die Standortwahl und die Kapazität des Pumpspeicherkraftwerks müssen auf der Grundlage der Merkmale der Stromverteilung, der Betriebseigenschaften des Stromnetzes, der Lastverteilung und der Stromstruktur festgelegt werden.“
„Das Projekt ist umfangreich und erfordert hohe Anfangsinvestitionen. Umso wichtiger ist es, die Kommunikation und Koordination mit den Abteilungen für natürliche Ressourcen, Umweltschutz, Forstwirtschaft, Grünlandwirtschaft, Wasserwirtschaft und anderen relevanten Bereichen zu intensivieren und die Verbindung zur ökologischen Schutzlinie und den entsprechenden Plänen sorgfältig herzustellen“, fügte Jiang Shuwen, Leiter der Planungsabteilung der Southern Grid Energy Storage Company, hinzu.
Die Investitionskosten für den Bau von mehreren zehn Milliarden, die Baufläche der Stauseen von Hunderten Hektar und die Bauzeit von fünf bis sieben Jahren sind auch Gründe dafür, dass viele Menschen Pumpspeicherkraftwerke kritisieren, da diese im Vergleich zu anderen Energiespeichern nicht „wirtschaftlich und umweltfreundlich“ seien.
Tatsächlich kann die tatsächliche Lebensdauer von Pumpspeicherkraftwerken im Vergleich zu den begrenzten Entladezeiten und der zehnjährigen Betriebsdauer chemischer Energiespeicher 50 Jahre oder sogar länger betragen. Dank ihrer hohen Speicherkapazität, der unbegrenzten Pumpfrequenz und der geringeren Kosten pro Kilowattstunde ist ihre Wirtschaftlichkeit deutlich höher als die anderer Energiespeicher.
Zheng Jing, ein leitender Ingenieur am Chinesischen Institut für Wasserressourcen und Wasserkraftplanung, hat eine Studie durchgeführt: „Die Analyse der Wirtschaftlichkeit des Projekts zeigt, dass die Stromgestehungskosten pro Kilowattstunde bei Pumpspeicherkraftwerken 0,207 Yuan/kWh betragen. Die Stromgestehungskosten pro Kilowattstunde bei elektrochemischen Energiespeichern betragen 0,563 Yuan/kWh, was dem 2,7-Fachen der Kosten von Pumpspeicherkraftwerken entspricht.“
„Die elektrochemische Energiespeicherung hat in den letzten Jahren rasant an Bedeutung gewonnen, birgt aber diverse Risiken. Um mit Pumpspeicherkraftwerken vergleichbar zu sein, ist es notwendig, die Lebensdauer kontinuierlich zu verlängern, die Kosten pro Einheit zu senken, die Kraftwerkskapazität zu erhöhen und eine Phasenanpassungsfunktion zu implementieren, um die Sicherheit zu gewährleisten“, betonte Zheng Jing.
Baue ein Kraftwerk, verschönere das Land
Laut Daten des Southern Power Grid Energy Storage betrug die kumulierte Stromerzeugung der Pumpspeicherkraftwerke in der südlichen Region im ersten Halbjahr 2024 fast 6 Milliarden kWh. Dies entspricht dem Strombedarf von 5,5 Millionen Haushalten für ein halbes Jahr und bedeutet einen Anstieg von 1,3 % gegenüber dem Vorjahr. Die Anzahl der Kraftwerksneustarts überstieg 20.000, ein Plus von 20,9 % gegenüber dem Vorjahr. Im Durchschnitt erzeugt jede Einheit jedes Kraftwerks mehr als dreimal täglich Spitzenleistung und leistet damit einen wichtigen Beitrag zur stabilen Versorgung des Stromnetzes mit sauberer Energie.
Auf der Grundlage, dass das Stromnetz seine Spitzenlast-Speicherkapazität verbessern und sauberen Strom für die soziale und wirtschaftliche Entwicklung bereitstellen kann, engagiert sich Southern Power Grid Energy Storage für den Bau schöner Kraftwerke und die Bereitstellung von „grünen, offenen und geteilten“ ökologischen und umweltbezogenen Produkten für die lokale Bevölkerung.
Jeden Frühling erstrahlen die Berge in voller Kirschblüte. Radfahrer und Wanderer zieht es in den Bezirk Yantian in Shenzhen. Die Spiegelung von See und Bergen, ein Spaziergang durch das Kirschblütenmeer – ein paradiesisches Erlebnis. Hier befindet sich das obere Speicherbecken des Pumpspeicherkraftwerks Shenzhen, dem ersten Pumpspeicherkraftwerk Chinas, das mitten in einer Stadt errichtet wurde – ein wahres Paradies für Touristen.
Das Pumpspeicherkraftwerk Shenzhen integrierte bereits in der Planungsphase ökologische Umweltkonzepte. Anlagen und Ausrüstungen zum Umweltschutz und zur Wassereinsparung wurden parallel zum Projekt geplant, gebaut und in Betrieb genommen. Das Projekt wurde unter anderem als „Nationales Qualitätsprojekt“ und „Nationales Demonstrationsprojekt für Boden- und Wasserschutz“ ausgezeichnet. Nach der Inbetriebnahme des Kraftwerks wertete China Southern Power Grid Energy Storage das Gebiet um den oberen Speichersee im Zuge der Deindustrialisierung auf und gestaltete es zu einem ökologischen Park um. In Zusammenarbeit mit der Stadtverwaltung von Yantian wurden Kirschbäume rund um den oberen Speichersee gepflanzt, wodurch Yantian als „Stadt der Berge, des Meeres und der Blumen“ ein unverwechselbares Profil erhielt.
Der Fokus auf Umweltschutz ist kein Sonderfall des Pumpspeicherkraftwerks Shenzhen. China Southern Power Grid Energy Storage hat für den gesamten Bauprozess strenge Managementsysteme und Bewertungsstandards für umweltfreundliches Bauen entwickelt. Jedes Projekt berücksichtigt die umgebende Natur, kulturelle Besonderheiten und die entsprechenden Pläne der lokalen Regierung und stellt im Umweltschutzbudget spezielle Mittel für die Wiederherstellung und Verbesserung der Umwelt bereit, um eine harmonische Integration des Industriegebiets in die umliegende Ökologie zu gewährleisten.
„Pumpspeicherkraftwerke stellen relativ hohe Anforderungen an die Standortwahl. Neben der Vermeidung ökologischer Gefahrenzonen ist es notwendig, bei Vorliegen seltener geschützter Pflanzenarten oder alter Bäume im Baugebiet im Voraus die Forstbehörde zu kontaktieren und unter deren Anleitung Schutzmaßnahmen vor Ort oder zur Sicherung der Artenverbreitung durchzuführen“, sagte Jiang Shuwen.
In jedem Pumpspeicherkraftwerk von Southern Power Grid Energy Storage befindet sich ein großer Bildschirm, der Echtzeitdaten wie den Gehalt an negativen Ionen, die Luftqualität, die UV-Strahlung, die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit anzeigt. „Wir haben diese Daten eigens zur Überwachung angefordert, damit alle Beteiligten die Umweltqualität des Kraftwerks genau beurteilen können“, erklärte Jiang Shuwen. „Nach dem Bau der Pumpspeicherkraftwerke Yangjiang und Meizhou nisten dort nun in Gruppen Reiher, die als ‚Umweltüberwachungsvögel‘ gelten. Dies ist ein sehr anschauliches Indiz für die Qualität der Umwelt, beispielsweise der Luft und des Stauseewassers, im Kraftwerksbereich.“
Seit dem Bau des ersten großen Pumpspeicherkraftwerks Chinas in Guangzhou im Jahr 1993 hat Southern Power Grid Energy Storage umfassende Erfahrung in der Umsetzung von Umweltprojekten über den gesamten Lebenszyklus hinweg gesammelt. Im Jahr 2023 veröffentlichte das Unternehmen die „Richtlinien und Bewertungskriterien für nachhaltiges Bauen von Pumpspeicherkraftwerken“. Diese Richtlinie definiert die Verantwortlichkeiten und Bewertungsstandards für nachhaltiges Bauen aller Projektbeteiligten während der Bauphase. Sie enthält praxisorientierte Ziele und Umsetzungsmethoden und ist daher von großer Bedeutung für die Branche, um den Umweltschutz voranzutreiben.
Pumpspeicherkraftwerke wurden von Grund auf neu errichtet, und viele Technologien und Managementansätze sind beispiellos. Branchenführer wie Southern Power Grid Energy Storage treiben die vor- und nachgelagerten Wertschöpfungsketten kontinuierlich voran, um Innovationen zu entwickeln, neue Technologien zu erforschen und zu validieren und so die industrielle Modernisierung schrittweise zu fördern. Der Umweltschutz ist ein unverzichtbarer Bestandteil der nachhaltigen Entwicklung der Pumpspeicherindustrie. Er unterstreicht nicht nur die Verantwortung des Unternehmens, sondern hebt auch den ökologischen Wert und das Potenzial dieses Projekts zur Speicherung grüner Energie hervor.
Die Uhr tickt, um Klimaneutralität zu erreichen, und die Entwicklung erneuerbarer Energien erzielt weiterhin neue Durchbrüche. Die Rolle von Pumpspeicherkraftwerken als „Regler“, „Energiespeicher“ und „Stabilisatoren“ im Lastausgleich des Stromnetzes gewinnt zunehmend an Bedeutung.
Veröffentlichungsdatum: 05.02.2025
