Yhä useammat uusiutuvat energialähteet on kytketty Australian sähköverkkoihin. Esimerkiksi Etelä-Australia saa 40% sähköstä tuulen ja aurinkoenergian jälkeen Lumikaupungin tuulipuisto valmistuu myöhemmin tänä vuonna.
Mutta jos uusiutuvan energian on viime kädessä hallittava markkinoita, tarvitsemme tapoja varastoida energiaa, jotta voimme käyttää sitä ympäri vuorokauden. Hyvä uutinen on, että energiaa on helppo varastoida. Tarvitset vain kaksi pientä säiliötä - yhden korkean, yhden matalan - ja tavan pumppaa vettä niiden välillä.
Tämä tekniikka, jota kutsutaan ”jokien ulkopuolella pumpattavaksi vesienergian varastoinniksi”, voi mahdollisesti tarjota energian varastoinnin, joka Australian on käytettävä uusiutuviin energialähteisiin täysin. Se on myös halpaa.
Kuinka pumppausvesi toimii
Kun sähköä on liikaa, vesi pumpataan putken tai tunnelin läpi ylempään säiliöön. Energia otetaan talteen myöhemmin antamalla veden virtata takaisin takaisin alas turbiinin kautta, joka muuntaa sen takaisin sähköksi. 90%: n tehokkuus kumpaankin suuntaan on mahdollista.
Pumppuvesi on ylivoimaisesti eniten käytetty energian varastointimuoto, joka edustaa 99% kokonaismäärästä. Maailmanlaajuisesti pumppatuilla vesivarastoilla voidaan toimittaa noin 150 gigawattia, enimmäkseen integroituna jokien vesivoimalaihin.
"Jokien ulkopuolella" -järjestelmässä sama vesi kiertää suljetussa silmukassa ylemmän ja alemman säiliön välillä, mikä eliminoi laitoksen tarpeen rakentaa joelle. Varastoituneen energian määrä on verrannollinen sekä ylemmän että alemman säiliön väliseen korkeuseroon (tyypillisesti 100: n ja 1000 m: n välillä) ja ylemmään säiliöön varastoidun vesimäärän kanssa.
Sähkön varastointijärjestelmien on kyettävä tuottamaan välitöntä tehoa muutaman tunnin ajan. Tämä kattaa tuulen ja aurinkoenergian tuotannon lyhytaikaiset vaihtelut, kuluttajien kysynnän huiput (kuten erittäin kuumat kesäiltapäivät) sekä tuotanto- ja siirtoinfrastruktuurin suunnittelemattomat katkokset. Varastoidun energian käyttö auttaa myös pitämään tuulivoima- ja aurinkovoimalaitosten voimajohdot pidemmän ajan käytössä.
Käytettävissä olevista sähkön varastointivaihtoehdoista, kuten akkuista ja vauhtipyöristä, pumpattu vesivoima on selvästi halvin. Sillä ei ole valmiustilahäviöitä, kun vesi odottaa säiliössä, ja se voi saavuttaa täyden tehonsa 30 sekunnissa.
Aika mennä joen ulkopuolelle
Ympäristö- ja muiden rajoitusten takia Australialla on vain vähän mahdollisuuksia kehittää joen vesivoimaa. Mutta lyhyen aikavälin energian varastointiin jokien ulkopuolella on valtavia mahdollisuuksia. Tyypillinen paikka käsittää parin pieniä säiliöitä, jotka on yhdistetty putkella, jonka läpi vettä kierrätetään päivittäin, yhdessä pumpun ja turbiinin, voimalan ja voimalinjojen kanssa.
Australialla on tuhansia erinomaisia potentiaalisia kohteita mäkisillä alueilla suojelualueiden ulkopuolella, tyypillisillä korkeuseroilla 750 m. Niiden ei tarvitse olla lähellä tuuli- tai aurinkoparkkia.
Jokien ulkopuolella sijaitsevalla sähkön varastoinnilla on useita etuja verrattuna tyypillisiin jokihalliin:
- Mahdollisia sivustoja on huomattavasti enemmän
- Voidaan valita sivustoja, jotka eivät ole ristiriidassa ympäristö- ja muiden arvojen kanssa
- Yläsäiliö voidaan sijoittaa mäen päälle eikä laaksoon, jolloin korkeusero voidaan maksimoida
- Tulvia ei tarvitse varata (yleensä suuret kustannukset).
Järjestelmä, joka käsittää kaksi 10 hehtaarin säiliötä, jokainen 30 m syvä, 750 m korkeuserolla, voi tuottaa noin 1,000 megawattia viiden tunnin ajan.
Näiden järjestelmien 20 ja 40 välillä riittää vakauttamaan 100% uusiutuvan Australian sähköjärjestelmän.
Paljonko se maksaa?
Koska säiliöt ovat pieniä (vain muutama hehtaari) verrattuna tyypillisiin vesisäiliöihin, ne ovat pieni osa kustannuksia. Suurin osa kustannuksista on tehokomponenteissa (putket, pumput, turbiinit, muuntajat ja voimansiirto). Alkuperäisten arvioiden mukaan hyvällä alueella sijaitsevan offshore-järjestelmän kustannukset ovat noin 1,000 dollaria asennetun kapasiteetin kilowattia kohti.
Tässä on hypoteettinen tapaustutkimus. 200 megawatin aurinkovoimalaitos toimittaa korkeintaan puolet sähköntuotannostaan verkkoon reaaliajassa ja tallentaa loput iltaan. Nyt sen sijaan, että se olisi huipussaan aurinkoisimmalla kellonajalla, aurinkoenergian teho ulottuu 8am: sta 10pm: iin (vuodenajasta ja pilvenpeitteestä riippuen). Maksimiteho on verkkoon ja pumppu on kukin 90 megawattia (häviöiden sallimisen jälkeen). ). Säiliö voidaan ladata yöllä tuulienergian avulla kattamaan aamun kysyntähuipun.
Piikkien tasoitus: kuinka energian varastointi voi saada aurinkovoiman kestämään iltaan.
Aurinkoenergiajärjestelmän ja lyhytaikaisen vesivaraston erilliset kustannukset ovat vastaavasti 2,000 dollaria ja 1,000 dollaria kilowattia kohti. Kun varastointitappiot on tasapainotettu muuntajan jakamisesta aiheutuvilla säästöillä ja siirtokustannuksilla kahden järjestelmän välillä ja tosiasia, että vesivaraston arviointi on puolet PV-järjestelmän arvosta, järjestelmän kokonaiskustannukset ovat noin 2500 dollaria kilowattia kohden. .
Toisin sanoen pumppausvesisäilön käyttäminen aurinkovoimalan tuotannon huippujen tasoittamiseen lisää vain ylimääräistä 25% kustannuksiin. Se on paljon halvempaa kuin akkujen käyttö.
Sijainti, sijainti, sijainti
Vietä jonkin aikaa kartalla tai Google Earthilla ja voit havaita kymmeniä erinomaisia potentiaalisia sivustoja mäkisillä viljelysmaata tai nykyisiä voimajohtoreittejä pitkin. Australiassa on tuhansia ehdokaspaikkoja maan asutuimmissa osissa.
Esimerkiksi Tumut 3 vesivoimalaitoksella on Australian suurin pumppausvesisäilytyskapasiteetti (1500 megawattia), korkeusero on 151 m, ja merkittävä järvi joutuu selviytymään suurista tulvista. Mutta lähelle voitaisiin rakentaa pieni off-jokijärjestelmä, joka käsittää kaksi 13 hehtaarin säiliötä, joiden korkeusero on 700 m, yhdistäen 5 km putken kautta, joka kulkee voimalinjan reitillä. Tämä järjestelmä tallentaisi tarpeeksi vettä 1,500 megawattien toimittamiseen kolmen tunnin ajan, ja maksaisi paljon vähemmän.
5 km -putki kahden pumpatun vesivarastojärven (siniset pisteet) välillä voisi parantaa Snowy Hydro Tumut 3 -voimalan tuottoa suhteellisen vaatimattomin kustannuksin (Google Earth -kuva)
Author
Andrew Blakers on Australian kansallisen yliopiston kestävien energiajärjestelmien keskuksen ja aurinkoenergiajärjestelmien ARC-keskuksen johtaja. Hänen tutkimuksensa aiheet ovat aurinkoenergiajärjestelmät.
Tämän artikkelin on kirjoittanut Roger Fulton Jacobs / SKM: ltä, joka on työskennellyt vesivoimateollisuudessa 1975: n jälkeen insinöörinä ja projektipäällikkönä.
