Markt für Pumpspeicherkraftwerke Größe und Ausblick, 2023-2031

Marktübersicht

Die weltweite Marktgröße für Pumpspeicherkraftwerke wurde im Jahr 2022 auf 329 Milliarden US-Dollar geschätzt. Bis 2031 soll es 714,55 Milliarden US-Dollar erreichen und im Prognosezeitraum (2023–2031) mit einer jährlichen Wachstumsrate von 9,0 % wachsen.

Pumpspeicherkraftwerke (PHES) sind eine Teilmenge der Wasserkraftspeicher, die zur Aufrechterhaltung einer stabilen Stromabgabe auch bei Netzausfällen eingesetzt werden. Die potentielle Gravitationsenergie wird durch den Transport von Wasser von einem tiefer gelegenen Reservoir zu einem höher gelegenen Reservoir gespeichert. Pumpspeicherkraftwerke nutzen Turbinen, um die potenzielle Energie von Wasser zu erhöhen, das in riesigen Reservoirs gespeichert ist und dann in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Bei niedrigen Tarifen wird häufig Strom außerhalb der Spitzenzeiten für den Antrieb von Pumpen genutzt. Indem Pumpspeicherkraftwerke überschüssigen Strom aus kontinuierlichen Grundlastquellen und intermittierenden erneuerbaren Energien wie Sonne und Wind zurückhalten, ermöglichen sie den reibungslosen Betrieb der Netze in Zeiten der Spitzennachfrage.

Im Vergleich zu herkömmlichen Wasserkraftwerken mit ähnlicher Leistung sind Pumpspeicherreservoirs relativ klein und ihre Produktionszeiten betragen typischerweise weniger als einen halben Tag. Bäche und andere kritische Infrastrukturen wie Wasserverteilungssysteme und Beschneiungsanlagen bieten Möglichkeiten für die Implementierung von Pumpspeicherlösungen. Ein Regenwasserbecken ist ein kostengünstiges Wasserreservoir in einem Mikropumpwasserspeichersystem.

Marktdynamik

Globale Markttreiber für Pumpspeicherkraftwerke

Schutz der Netzstabilität und Integration erneuerbarer Energien

Weltweit sind die installierte Kapazität und Erzeugung erneuerbarer Energien in den letzten zehn Jahren schrittweise gestiegen. Es ist wichtig, diese Energie zu speichern und freizugeben, damit sie bei Bedarfsspitzen genutzt werden kann, da variable erneuerbare Energiequellen (VRE) wie Sonne und Wind sporadisch und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten Strom produzieren. Darüber hinaus ist eine Grundlaststromkapazität erforderlich, um die Netzstabilität in Zeiten geringer VRE-Erzeugung aufrechtzuerhalten und Probleme mit der Stromqualität zu vermeiden. Dies ist für die erfolgreiche Integration intermittierender erneuerbarer Energiequellen notwendig. Daher werden Energiespeichersysteme (ESS) für Projekte im Bereich der erneuerbaren Energien immer wichtiger. Im prognostizierten Zeitraum dürfte die schnelle Expansion des Sektors im Bereich der erneuerbaren Energien einer der Haupttreiber für das Wachstum des globalen Marktes für Pumpspeicherkraftwerke sein.

Pumpspeichersysteme sind seit jeher die weltweit am häufigsten eingesetzte Energiespeichertechnologie. Nach Angaben der International Hydropower Association waren im September 2021 über 90 % der netzgroßen Energiespeicheranlagen weltweit mit Pumpspeichersystemen für Wasserkraft ausgestattet. IRENA schätzt, dass im Jahr 2020 weltweit 2799,09 GW an erneuerbarer Energiekapazität installiert waren, davon 733,27 GW (26,2 %) aus Windenergie und 713,97 GW (25,5 %) aus Solarenergie.

Globale Marktbeschränkung für Pumpspeicherkraftwerke

Wachsender Wettbewerb von entgegengesetzten ESTs

Es wird erwartet, dass der Ausbau alternativer Energiespeichertechnologien im Prognosezeitraum erhebliche negative Auswirkungen auf den globalen Markt für Pumpspeicherkraftwerke haben wird, da es sich bei PHS um eine fortschrittliche Technologie handelt, die stark kommerzialisiert wurde und kaum Spielraum für Preissenkungen bietet. Die Lithium-Ionen-Batterietechnologie ist der Hauptkonkurrent von PHS. Im letzten Jahrzehnt sind Lithium-Ionen-Batterien deutlich erschwinglicher geworden. Im Jahr 2020 lag der typische Preis einer Lithium-Ionen-Batterie pro Kilowattstunde bei 137 USD. Im Jahr 2020 war der Preis für Lithium-Ionen-Batterien 12,17 Prozent niedriger als im Jahr 2019.

Batteriehersteller im asiatisch-pazifischen Raum, insbesondere in China, können aufgrund niedrigerer Arbeitskosten Batterien zu einem erheblichen Preisnachlass gegenüber dem weltweiten Durchschnittspreis produzieren. Große Batteriehersteller wie Tesla, Sony und sogar nationale Regierungen investieren weltweit erheblich in die Erforschung und Entwicklung von Li-Ionen-Batterien. Diese Fortschritte zielen darauf ab, Batteriezellen effizienter zu machen und die Batterieauslastung zu erhöhen.

Globale Marktchancen für Pumpspeicherkraftwerke

Technologien mit den günstigsten Lebenszykluskosten

Unter allen anderen kommerziell realisierbaren ESTs (Stand 2020) weisen PHS-Projekte die niedrigsten Lebenszykluskosten pro erzeugter Energieeinheit auf. Pumpspeicherkraftwerke sind das erste groß angelegte EST, das geschaffen wurde. Daher hat sich die Technologie erheblich weiterentwickelt. Der Preis der Technologie ist im vergangenen Jahrhundert drastisch gesunken und wurde vollständig kommerzialisiert. Die außergewöhnlich lange Lebensdauer von PHS-Projekten – durchschnittlich fast 80 Jahre – ist ein wesentlicher Faktor für ihre niedrigen Lebenszykluskosten. Wenn man also die gesamte Lebensdauer und Speicherkapazität von PSH in der GWh-Klasse, seinem nächsten Preiskonkurrenten, den Lithium-Ionen-Batteriesystemen, berücksichtigt, sind die Gesamtkosten von PSH viel niedriger als ihre.

Darüber hinaus kann die Lebensdauer von Projekten durch die Aufrüstung und Aktualisierung vorhandener Anlagen erheblich verlängert werden. Das Pumpspeicherwerk Engeweiher in der Schweiz, das älteste in Betrieb befindliche Pumpspeichersystem der Welt, wurde 1907 errichtet. Anfang der 1990er Jahre wurde es erneuert und wird mindestens bis zum Jahr 2052 laufen. Trotz der hohen Kapitalkosten haben diese Projekte eine lange Lebensdauer und relativ günstige Kapitalkosten pro Energieeinheit, da es sich bei PHS um eine etablierte Technologie mit enormen Volumina, langen Entladezeiten und der höchsten Bewertung unter den ESTs handelt.

Regionalanalyse

Der globale Markt für Pumpspeicherkraftwerke ist in vier Regionen unterteilt: Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik und LAMEA.

Asien-Pazifik dominiert den Weltmarkt

Der asiatisch-pazifische Raum leistet den größten Umsatzbeitrag. Erneuerbare Energien, Wasserkraft und Pumpspeicherkraftwerke wurden im asiatisch-pazifischen Raum als Folge der anhaltenden Abkehr von fossilen Brennstoffen entwickelt, insbesondere in China, Japan, der ASEAN-Region, Südkorea und Indien. China erklärte außerdem seine Absicht, bis 2025 den Höhepunkt seines Kohleverbrauchs zu erreichen und bis 2060 CO2-Neutralität zu erreichen. Aufgrund erhöhter Investitionen in die Branche der erneuerbaren Energien entstehen rund 13,76 GW neue Wasserkraftkapazität, darunter 1,2 GW Pumpspeicher aus den letzten vier Jixi-Projekten Einheiten wurden im Jahr 2020 installiert. Die State Grid Xinyuan Company, eine Niederlassung der State Grid Corporation of China, hat sie gegründet.

Europa ist eine der aggressivsten Regionen im Hinblick auf den Klimawandel, und Wasserkraft ist seit jeher die wichtigste erneuerbare Energiequelle der Region. Mit der Umstellung auf einen saubereren Energiemix vervielfachen sich auch die Beiträge von Solar- und Windkraft. Das Jahr 2020 war ein bedeutender Wendepunkt auf dem Weg der Europäischen Union zur Dekarbonisierung, da alle erneuerbaren Energiequellen zusammen erstmals mehr Strom produzierten als fossile Brennstoffe. Trotz des durch die COVID-19-Pandemie geringeren Strombedarfs war die weltweite Wasserkrafterzeugung im Jahr 2020 um 4 % höher als im Jahr 2019, was teilweise auf eine robustere Produktion in den nordischen und iberischen Regionen zurückzuführen ist. Um eine zuverlässigere und anpassungsfähigere Energiequelle zu gewährleisten, wurden in der Region dann Verbesserungen bei der Pumpspeicherwasserkraft beobachtet.

Die Pumpspeicherkapazität in Nordamerika belief sich im Jahr 2020 auf 23,03 GW, wobei sich der größte Teil dieser Kapazität in den USA befindet. Dies ist teilweise auf die beträchtliche Wasserkraftkapazität des Landes zurückzuführen, die im Jahr 2020 etwa 102 GW betrug. Obwohl Kanada über eine beträchtliche Wasserkraftkapazität von 82 GW verfügt, muss das Land sein Pumpspeicherpotenzial noch nicht vollständig nutzen, da es nur über 117 MW der genannten Technologie verfügt. Aufgrund seines Reichtums an natürlichen Ressourcen ist Nordamerika bestens für die Produktion erneuerbarer Energien gerüstet. Darüber hinaus stellt Wasserkraft seit langem einen beträchtlichen Teil des globalen Strommarktes dar. Um den Übergang zu einer kohlenstoffarmen Wirtschaft zu ermöglichen, haben die Länder in der Region Maßnahmen zur Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien entwickelt.

LAMEA ist eine der bedeutendsten erneuerbaren Stromquellen der Welt. Angesichts der umfangreichen Wasserkraftinfrastruktur in der Region kommt eine aktuelle Studie der Interamerikanischen Entwicklungsbank (IDB) zu dem Schluss, dass Pumpspeicherkraftwerke (PHS) ein erhebliches Potenzial für Lateinamerika und die Karibik (LAC) haben. Der Großteil der Pumpspeicherkapazität im Nahen Osten und in Afrika wird im Jahr 2020 von Südafrika bereitgestellt. Im Jahr 2020 verfügte Südafrika über eine installierte Gesamtkapazität von rund 2912 MW, was über 59 % des Gesamtanteils entspricht Region. Den zweiten Platz belegte der Iran mit einer installierten Leistung von 1040 MW, was einem Anteil von 21 % entspricht.

Segmentanalyse

Der weltweite Markt für Pumpspeicherkraftwerke ist nach Typ segmentiert.

Je nach Typ ist der weltweite Markt für Pumpspeicherkraftwerke in Open-Loop- und Closed-Loop-Speicher unterteilt.

Pumpspeicheranlagen in Systemen mit offenem Kreislauf speichern Wasser in einem Oberbecken ohne natürliche Zuflüsse. Im Gegensatz dazu nutzen Pump-Back-Kraftwerke eine Kombination aus Pumpspeicher- und konventionellen Wasserkraftwerken, wobei anstelle eines oberen Reservoirs ein natürlicher Flusszulauf erfolgt. Konventionelle Wasserkraftwerke nutzen keine Pumpspeicher; Durch die Verzögerung der Produktion bis zum Bedarf könnten diese Wasserkraftwerke mit großen Speicherkapazitäten ähnlich wie Pumpspeicher im Stromnetz funktionieren. Pumpspeicher mit offenem Kreislauf werden in vielen Regionen aufgrund ihrer Nähe zu natürlichen Wasserressourcen wie Flüssen und Bächen bevorzugt. Aufgrund der hohen Kosten für die Entwicklung alternativer Systeme und reichlich vorhandener Wasserströme wird das Projekt wahrscheinlich innerhalb des erwarteten Zeitrahmens umgesetzt.

In den USA nutzen ab 2020 fast alle aktuellen Pumpspeicherprojekte offene Kreislaufsysteme und eine frei fließende Wasserquelle für das untere oder obere Reservoir. Beispielsweise das 1,2-GW-Pumpspeicherprojekt Helms von Pacific Gas and Electric (PG&E) verläuft zwischen den Stauseen Wishon und Courtright, die durch den Bau von Dämmen über Helms Creek entstanden sind. Bis Ende 2019 befanden sich in den USA jedoch 67 neue Pumpspeicherprojekte in der Entwicklungsphase, davon 32 Open-Loop-Projekte und 35 Closed-Loop-Projekte.

Pumpspeicherkraftwerke werden in geschlossenen Kreislaufsystemen errichtet, bei denen ein oder beide Stauseen künstlich angelegt werden und keiner der Stauseen natürliche Wasserzuflüsse erhält. Die einzige Möglichkeit, eine nennenswerte Energiemenge zu speichern, besteht darin, ein großes Gewässer neben einem anderen Gewässer zu platzieren, das so hoch wie möglich über dem ersten Gewässer liegt. Dies geschieht spontan an verschiedenen Orten. Andere haben ein oder zwei künstlich angelegte Gewässer. Aufgrund der eher geringen Energiedichte der Pumpspeicher muss es zu erheblichen Höhenunterschieden oder erheblichen Durchflüssen zwischen den Stauseen kommen.

Pumpspeicherkraftwerke mit geschlossenem Kreislauf bieten hohe Flexibilität, Zuverlässigkeit und Leistungsabgabe. Im Vergleich zu Pumpspeichersystemen mit offenem Kreislauf haben Pumpspeichersysteme mit geschlossenem Kreislauf eine geringere Umweltbelastung, da sie nicht an bestehende Flusssysteme angeschlossen sind. Darüber hinaus können sie weit entfernt von einem bestehenden Fluss platziert werden, da sie überall dort platziert werden können, wo eine Netzunterstützung erforderlich ist. Aufgrund des gestiegenen Vertrauens in den Erhalt einer oder mehrerer Betriebsgenehmigungen und der Tatsache, dass geschlossene Kreislaufsysteme keine bestehenden Flusssysteme oder Wasserströme beeinträchtigen, wird erwartet, dass sie in den kommenden Jahren einen erheblichen Ausbau erfahren werden.

jüngsten Entwicklungen

• Februar 2023 – Der slowenische Energieversorger DEM plant einen 60-MW-Batteriespeicher neben einem Wasserkraftwerk und einer neuen PHES-Einheit.
• Februar 2023 – Hitachi Energy hat eine bahnbrechende Lösung für ein Pumpspeicherkraftwerk in Europa entwickelt.