TWOJA PRZEGLĄDARKA JEST NIEAKTUALNA.
Wykryliśmy, że używasz nieaktualnej przeglądarki, przez co nasz serwis może dla Ciebie działać niepoprawnie. Zalecamy aktualizację lub przejście na inną przeglądarkę.
Data: 04.09.2021
Sposoby magazynowania energii – elektrownie szczytowo-pompowe
Można sobie zadać pytanie, dlaczego w mediach tak często przewija się zagadnienie magazynowania energii, w końcu stały dostęp do prądu w naszych gniazdkach stał się czymś równie oczywistym, jak wschód słońca. Jeżeli jednak chcemy zwiększyć udział Odnawialnych Źródeł Energii w strukturze polskiej oraz światowej energetyki, temat ten stanie się niezwykle ważny. Jest to spowodowane tym, że Odnawialne Źródła Energii nie mają tej samej stałości produkcji energii elektrycznej, co elektrownie konwencjonalne. Źródła te w dużej mierze zależne są od warunków atmosferycznych [1].
Aby zaradzić temu problemowi postanowiono magazynować energię w okresach wzmożonej produkcji lub mniejszego zapotrzebowania, by następnie wykorzystać tą energię w czasie większego zapotrzebowania albo zmniejszonej jej produkcji [1]. Takie rozwiązanie zapobiega tak zwanym blackoutom, które spowodowane są sytuacjami nadzwyczajnymi, takimi jak nieplanowany przestój elektrowni. Skutkuje to włączeniem się systemów bezpieczeństwa przy przekroczeniu wartości krytycznych sieci elektrycznej (napięcia lub częstotliwości prądu) i wyłączeniem prądu na całym obszarze objętym blackoutem [2].
Znając powagę zagadnienia pozostaje pytanie „w jaki sposób tego dokonać?”. Wydzielić można kilka ważniejszych grup magazynów energii w zależności od tego, w jakiej postaci energia jest magazynowana. Wyróżniamy magazynowanie chemiczne, mechaniczne, termiczne oraz elektryczne. Największą popularnością i powszechnością cieszy się magazynowanie mechaniczne (najczęściej z wykorzystaniem elektrowni szczytowo-pompowych) oraz magazynowanie chemiczne (korzystając z różnego rodzaju akumulatorów) [3][4][5].
Bohaterami tego artkułu będą właśnie elektrownie szczytowo-pompowe określane w skrócie jako ESP. Technologia mająca już ponad 100 lat, której początki w energetyce sięgają roku 1907, kiedy to w Szwajcarii otwarto pierwszą elektrownie przepływową. W dniu swojego otwarcia elektrownia „Engeweiher” nie miała nawet możliwości wtłaczania wody do swojego górnego zbiornika [6]. Później poprawiono koncept działania takich elektrowni, który jest zaskakująco prosty i polega na magazynowaniu energii w postaci energii potencjalnej grawitacji w tzw. zbiorniku górnym, do którego woda dostaje się przy użyciu pomp. Pompy, w czasie zwiększonego zapotrzebowania na prąd, stają się turbinami - podłączone do generatorów zamieniają energię potencjalną przepływającej do dolnego zbiornika wody na energię elektryczną. Układ taki nazywamy turbozespołem odwracalnym lub rewersyjnym [7]. Dzięki temu nieskomplikowanemu schematowi i latom doświadczenia technologia ESP jest dobrze znana, a wszystkie jej procesy doszły do wysokiej sprawności zwracając od 70% do 85% energii włożonej podczas fazy pompowania [8].
Niestety, nie jest to technologia dla wszystkich. Obiekty takie wymagają albo odpowiedniej rzeźby terenu – zagłębienia blisko wzniesienia – albo dużego wkładu środków potrzebnych do zbudowania sztucznego, górnego zbiornika wodnego odpowiednio wyżej nad zbiornikiem dolnym [5].
Obecnie tytuł ESP o największej zainstalowanej mocy posiada elektrownia w amerykańskim stanie Virginia o nazwie „Bath County Pumped Storage Station”. Ta masywna konstrukcja, o pojemności górnego zbiornika około 14000000 metrów sześciennych (czyli objętości 4000 basenów olimpijskich) i mocy maksymalnej wszystkich turbin na poziomie 3 GW, jest w stanie zmagazynować około 24 GWh energii i zapewnić ciągłość dostawy energii elektrycznej na czas 11 godzin [6][9]. Tytuł ten może jednak zostać przejęty przez Chińską elektrownię w Fengning, która jest w budowie od roku 2013, a jej termin oddania przewiduje się na rok 2023. Elektrownia ma mieć maksymalną moc 3.6 GW ze swoich 12 turbin, nadając jej tytuł największej. Rocznie na potrzeby pompowania wody elektrownia wykorzysta 4.6 TWh energii, w zamian generując 3.4 TWh. [10] Europejczycy nie pozostają daleko w tyle, czego dowodzi Francuska ESP w Grand Maison, o mocy maksymalnej 1.8 GW, będąca największym takim obiektem na kontynencie. Całkowita zainstalowana moc wszystkich instalacji tego typu w Europie sięga 47 GW [5][6][11]. W Polsce możliwości elektrowni szczytowo pompowych są skromniejsze: 1.8 GW z 6 elektrowni. Największym takim obiektem w Polsce jest elektrownia w Żarnowcu o mocy 716 MW i pojemności energetycznej rzędu 3.6 GWh. Instalacja ta może zasilać system przez 5 i pół godziny wykorzystując swoją pełną moc. [8]. Całkowita moc wszystkich elektrowni tego typu na świecie szacowana jest w okolicach 170 GW [3][5].
Autor:
Radosław Przybysz
Źródła:
Grafika: https://unsplash.com/@suzitav
[1] https://www.cire.pl/pliki/2/2017/wojciechowski.pdf
[2] https://www.cire.pl/pokaz-pdf-%252Fpliki%252F2
[3] https://leonardo-energy.pl/.../technologie-magazynowania.../
[4] https://www.pb.pl/magazynowanie-energii-na-duza-skale
[5] https://www.wwf.pl/aktualnosci/raport-magazynowanie-energii
[6] https://www.drax.com/.../pumping-power-pumped-storage.../
[7] https://energystorage.org/.../technolo.../pumped-hydropower/
[8] https://wysokienapiecie.pl/33397-bilansowanie.../
[9] http://www.virginiaplaces.org/energy/bathpumped.html
[10] https://www.nsenergybusiness.com/.../fengning-pumped.../#
[11] https://www.nsenergybusiness.com/.../grand-maison.../