In einem Versorgungsgebiet schwankt der Stromverbrauch über den Tages- und Jahresverlauf erheblich. Da grössere Mengen elektrischer Energie mit Batterien und Kondensatoren nicht wirtschaftlich gespeichert werden kann, bietet sich die Speicherung von Wasser auf grosser Höhe an. Mit einem Pumpspeicherkraftwerk kann bei einem Überangebot von Elektrizität Wasser hochgepumpt werden und später bei einer grossen Nachfrage nach Elektrizität wieder turbiniert werden. Zur Erhöhung der Pumpleistung wird beim Kraftwerk ein Ausgleichsbecken gebaut.
Energiebilanz eines modernen Pumpspeicherkraftwerkes mit zwei 150 MW Pumpen und Turbinen über 500 m Höhe:
| Bereich | Unterteilung | Energie | Verluste | |
|---|---|---|---|---|
| Pump- betrieb |
Energieeinspeisung |  |
100,0% | |
| Transformator |  |
99,5% | 0,5% | |
| Eigenverbrauch | |
99,0% | 0,5% | |
| Synchronmotoren | |
97,5% | 1,5% | |
| Pumpen | |
88,5% | 9,0% | |
| Rohrleitung | |
88,0% | 0,5% | |
| Speicher | |
88,0% | ||
| Turbinen- betrieb |
Rohrleitung | |
87,5% | 0,5% |
| Turbinen | |
82,5% | 5,0% | |
| Synchrongenerator | |
81,0% | 1,5% | |
| Eigenverbrauch | |
80,5% | 0,5% | |
| Transformator | |
80,0% | 0,5% | |
| Energieabgabe | |
80,0% |
Ungefähr 12 % der Energie gehen beim Pumpen und etwa 8 % beim Turbinieren verloren, gesamthaft also rund 20 %, bei älteren und kleineren Anlagen können die Verluste auch bei 25 % liegen. Bei dieser Betrachtung sind die Verluste in der Zuleitung (Hochspannungsnetz) bei der Energieeinspeisung und -abgabe von etwa 2 bis 4 % nicht eingerechnet.
Da die Energie im Speicher zwischengelagert wird, muss die Pumpleistung nicht gleichgross sein, wie die Turbinenleistung.
Ein Pumpspeicherkraftwerk ist sehr teuer. Über die Lebensdauer von etwa 80 Jahren muss die Investition abgeschrieben werden. Je höher die umgesetzte Energiemenge (bei 500 m Höhendifferenz rund 1 kWh/m³) ist und je grösser die Differenz des Strompreises zum Pumpen und Turbinieren ist, desto rentabler ist ein Pumpspeicherkraftwerk. Früher liefen viele Pumpspeicherkraftwerke über den Mittag zur Lieferung des Spitzenstromes. Durch die zunehmende Anzahl von Photovoltaikanlagen ist das Mittagsgeschäft zum Erliegen gekommen.