Что такое гидроаккумулирующая станция
Гидроаккумулирующие станции — мощные хранилища энергии
Дата публикации: 1 декабря 2015
Источник: http://www.resilience.org/stories/2015-11-30/for-storing-electricity-utilities-are-turning-to-pumped-hydro, автор John Roach, 24 ноября 2015 г.
Сообщения о новых разработках высокотехнологичных аккумуляторов заполняют заголовки. Но энергопредприятия от Испании до Китая, стремясь преодолеть непостоянство ветровых и солнечных источников энергии, все больше внимания уделяют гидроаккумулирующим электростанциям (ГАЭС), впервые появившимся в 1890-х годах.
В последнее десятилетие использование энергии ветра в Испании существенно возросло, поднявшись с 6 процентов производства электроэнергии в стране в 2004 году почти до 20 процентов сегодня. Хотя это, конечно, хорошая новость для сторонников чистой энергии, увеличение использования возобновляемых источников сопровождается проблемой, заключающейся в том, что электроэнергия должна быть доступна, когда она нужна клиентам, а не только тогда, когда дует ветер.
Для того, чтобы решить эту проблему, испанские энергосети обратились не к высокотехнологичным разработкам 21 века, а к проверенной временем технологии 19-го века — гидроаккумулирующим станциям. Такие хранилища энергии обычно оборудованы генераторами и насосами, перекачивающими воду между нижним и верхним резервуарами. Эти насосы используются в периоды наличия избыточной энергии, получаемой, например, от ветровых станций в ветреные ночи, для закачки воды из нижнего в верхний резервуар. Когда ветер утихает или потребность в энергии возрастает, вода из верхнего резервуара используется для вращения турбин ГАЭС.
ГАЭС Cortes-La Muela в Испании
Именно эту технологию в 2013 году использовала испанская компания Iberdrola при строительстве гидроузела Cortes-La Muela стоимостью 1,3 миллиарда долларов. Компания использует избыток электроэнергии для закачки воды из реки Хукар (Júcar) в большой резервуар, который находится на 1700 футов выше уровня реки. Когда потребность в энергии возрастает, вода используется для генерации электроэнергии. Это самый большой в Европе комплекс такого рода мощностью 1 762 мегаватта, способный обеспечивать энергией 500 000 домов ежегодно.
В то время как больше всего шума относительно хранилищ энергии сегодня связано с развитием инновационных аккумуляторных технологий, по данным Владимира Коритарова (Vladimir Koritarov), сотрудника департамента энергии Национальной лаборатории в Аргонне (Argonne National Laboratory), штат Иллинойс, более 98 процентов действующих хранилищ энергии в мире фактически являются гидроаккумулирующими комплексами. Сегодня, когда мир увлечен солнечной и ветровой энергией, которые призваны помочь бороться с глобальным потеплением, ГАЭС вновь в центре внимания как средство балансировки потребности и предложения в энергосистемах от Италии до Китая.
«Среди всех технологий хранения энергии», замечает Коритаров, «гидроэккумулирующие комплексы единственные являются зрелыми, надежными, опробованными и коммерчески доступными для использования в качестве хранилищ больших объемов энергии».
В мире на настоящее время работает 292 гидроаккумулирующих комплекса, общей мощностью 142 гигаватта. Еще 46 проектов общей мощностью 34 гигаватта находятся в стадии строительства (данные из Global Energy Storage Database Департамента Энергетики США).
Химические аккумуляторы обычно устанавливаются на уровне распределения электричества, где они в дополнение к функции накопления энергии выполняют и другие задачи, такие как борьба с кратковременными перерывами в энергоснабжении, измеряемыми миллисекундами, отмечает Ruud Kempener, аналитик Международного агентсва возобновляемой энергии в Бонне, Германия. Емкость таких батарей обычно измеряется единицами или десятками мегаватт.
В отличие от них, емкость гидроаккумулирующих станций составляет сотни и тысячи мегаватт, что обеспечивает надежность и гибкость энергосистемы в целом. Важность этой их функции, говорит Kempener, будет только возрастать в будущем. Kempener является одним из основных авторов недавно вышедшего отчета, в котором утверждается, что необходимая мощность гидроаккумулирующих электростанций должна вырасти с сегодняшних 150 гигаватт до 325 гигаватт к 2030 году, чтобы обеспечить удвоение доли возобновляемой энергетики в мировом энергетическом балансе.
Недавняя реформа энергетической политики в Испании привела к остановке взрывного роста возобновляемой энергетики в этой стране. Несмотря на это, несколько новых проектов ГАЭС недавно запущены в Испании, и еще больше разрабатывается в Германии, Австрии и Италии. В Италии швейцарская энергокомпания Repower намерена получить разрешение на строительство гидроаккумулирующей электростанции Campolattaro примерно в 55 милях к северо-востоку от Неаполя. Эта станция будет перекачивать воду из искусственного озера во вновь построенный резервуар на близлежащих холмах.
ГАЭС Tiahuangping с подземным зданием, Китай.
Быстрее всего гидроаккумулирующие электростанции развиваются в Китае. Новые ГАЭС вступают в строй каждые несколько месяцев. Сейчас строятся от 10 до 15 таких станций и каждая имеет мощность от 1 гигаватта или больше.
Китай с его 22 гигаваттами мощностей ГАЭС недавно превзошел США, где суммарная мощность ГАЭС составляет 21 гигаватт и в 2018 году перегонит сегодняшнего мирового лидера Японию, где эта величина равна 27 гигаваттам. Строящаяся гидроаккумулирующая станция Fengning в провинции Хэбэй после ее запуска в 2022 году будет самой большой в мире.
Еще несколько других проектов в США находятся в стадии планирования и предварительных исследований. Один из них — проект ГАЭС JD Pool стоимостью 2,5 миллиарда и мощностью 1200 мегаватт в штате Вашингтон, который предполагает размещение пары верхних резервуаров между рядами ветровых турбин на плато Колумбия, и нижнего резервуара, расположенного на 2400 футов ниже в заброшенном алюминиевом заводе неподалеку от плотины John Day Dam. Предполагается тесная координация полтины на реке Колумбия, большого массива ветровых турбин и строящейся ГАЭС, которая будет запасать воду в ветреные дни и использовать этот запас в безветренные периоды.
Впервые гидроаккумулирующие станции использовались в 1890-х годах в Швейцарии, Австрии и итальянских Альпах для обеспечения большей гибкости в управлении водными ресурсами. Технология широко применялась в 1960-х, 70-х и 80-х годах для сглаживания нагрузок и обеспечения необходимой генерации электрической энергии в пиковые часы за счет периодов низкого потребления. Эта техника позволяла энергетическим компаниям оптимально использовать мощности атомных и угольных электростанций, которые не могут быстро изменять свою мощность. Избыточные мощности таких электростанций используются для наполнения резервуаров; когда потребность в энергии возрастает, вода используется для дополнительной генерация энергии. Но когда атомные и угольные электростанции перестали строиться, накопительные ГАЭС прекратили использоваться тоже.
Но ГАЭС требуют больше энергии, чем могут вернуть, то есть эта технология имеет смысл только в энергосистемах, которые имеют излишки генерации в течение некоторых периодов времени и недостаток — в другие периоды.
ГАЭС Ладингтон, США.
Начиная с 2000 года в штатах Вашингтон и Орегон было построено 47 ветровых электростанций в пределах 50 миль от предполагаемого места строительства ГАЭС. Ветровые турбины имеют суммарную мощность 4 695 мегаватт и производят достаточно энергии, чтобы обеспечить 800 000 домохозяйств. Силовые линии доставляют это электричество от ветровых станций до высоковольтных линий электропередачи, которые идут от плотины John Day Dam.
Большую часть времени плотина и другие источники в бассейне реки Колумбия работают в согласии с ветровыми станциями. Когда ветер слабеет, например, операторы энергосистемы увеличивают напор воды, проходящей через плотину, чтобы выработка энергии соответствовала потребностям. Когда ветер усиливается, поток воды через плотину уменьшается, чтобы сохранить водные запасы для тех случаев, когда они будут необходимы. В некотором смысле плотина работает как гигантский аккумулятор, который компенсирует неравномерность ветра, обеспечивая светом пространство от Сиэтла до Лос-Анжелеса.
Но, как утверждает Knowles, возможности гидротехнической плотины почти исчерпаны. Весной 2011 года, к примеру, федеральное агентство, которое управляет плотиной, приказало многим ветровым станциям прекращать генерацию энергии на несколько часов в день, чтобы согласовать ее с пропусками воды (и излишками генерации плотиной), что требовалось для обеспечения безопасного прохода мигрирующих рыб.
Как утверждает Knowles, предлагаемый 1200-мегаваттный проект ГАЭС уменьшит зависимость ветровых электростанций от плотины, позволит разместить больше ветровых турбин на плато Колумбия и поможет Соединенным Штатам достичь долговременных целей уменьшения атмосферных выбросов.
«Откровенно говоря, мы просто раньше других осознали проблему», говорит он. «Через какое-то время все это поймут и проект будет реализован.»
ГАЭС TaumSauk в США. Несмотря на небольшую мощность известна всему миру благодаря верхнему бассейну в форме сердца.
ГИДРОАККУМУЛИ́РУЮЩАЯ ЭЛЕКТРОСТА́НЦИЯ
Том 7. Москва, 2007, стр. 72
Скопировать библиографическую ссылку:
ГИДРОАККУМУЛИ́ РУЮЩАЯ ЭЛЕКТРОСТ А́НЦИЯ (ГАЭС), насосно-аккумулирующая гидроэлектростанция, которая перекачиванием воды из нижнего бассейна в верхний накапливает (аккумулирует) избыточную энергию, вырабатываемую другими электростанциями, когда спрос на электрич. энергию мал (напр., ночью), и преобразует потенциальную энергию запасённой воды в электрическую (вода из верхнего бассейна через гидроагрегаты перетекает в нижний) в часы пиковых нагрузок в энергосистеме. ГАЭС бывают двух видов – совмещённые и несовмещённые. Последние получили наибольшее распространение в мире, их технологич. схема включает: два бассейна или водохранилища (естественного либо искусственного типа), расположенных один над другим для создания необходимого перепада высот (напора), напорные водоводы (трубопровод) и здание ГАЭС, где размещается необходимое энергетич. оборудование. Гидроагрегаты, установленные в здании ГАЭС у нижнего конца трубопровода, могут быть трёхмашинными, состоящими из соединённых на одном валу обратимой электрич. машины (двигатель-генератор), гидротурбины и насоса, или двухмашинными. Гидроагрегаты совр. ГАЭС (двухмашинные) состоят из обратимых насоса-турбины и двигателя-генератора. При спаде нагрузки в энергосистеме, работая в режиме насоса, гидроагрегаты закачивают воду из нижнего бассейна в верхний (аккумулятор), потребляя энергию из сети. В периоды пиковой нагрузки вода из верхнего бассейна по трубопроводу подводится к гидроагрегатам ГАЭС, включённым на работу в турбинном режиме; выработанная при этом электроэнергия отдаётся в сеть энергосистемы, а вода накапливается в нижнем водоёме. Количество аккумулированной электроэнергии определяется ёмкостью бассейнов и рабочим напором ГАЭС. По конструктивным особенностям различают два осн. типа ГАЭС: электростанции, которые используют для произ-ва энергии только воду, поданную из нижнего в верхнее водохранилище, и электростанции, использующие как перекачанную воду, так и естеств. сток реки. Время пуска и смена режимов работы ГАЭС измеряются несколькими минутами.
Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС)
В работе энергетических систем нет определенной стабильности в обеспечении потребителей электричеством. В дневное время часто возникают пиковые нагрузки, а ночью потребление снижается и себестоимость электроэнергии возрастает. В такие периоды требуется быстрый переход из одного рабочего режима в другой. Однако, имеющиеся виды тепловых и атомных установок не способны в короткий срок снизить свою мощность при резком спаде потребления. Разрешить эту проблему может гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС), накапливающая энергию в период низкого потребления и возвращающая ее при пиковых нагрузках. Подобная схема способствует повышению поставок электричества, позволяет избежать резких скачков энергоснабжения в разное время суток.
Устройство и основные компоненты
Типовая гидравлическая аккумулирующая электростанция включает в общий комплекс следующие составляющие:
Внутри здания электростанции располагается оборудование гидромеханического и электротехнического назначения. Схема размещения представляет собой трехмашинную компоновку, состоящую из насоса, турбины и генератора-электродвигателя. Более современным считается двухмашинный вариант, включающий в себя генератор-электродвигатель и турбину-насос или обратимую турбину.
При отсутствии в верхнем бассейне естественного притока воды, станция будет работать лишь на аккумулированной жидкости. Такие установки относятся к категории чистых. Смешанные электростанции оборудуются бассейнами с естественным притоком, позволяющим получать дополнительные объемы воды. В данном случае используется и аккумулированная и приточная жидкость.
Примерно такой же вариант используется гидроэлектростанциями, расположенными каскадом. Здесь кроме основных турбинных агрегатов, устанавливаются обратимые насосы или турбины, качающие воду из нижнего водохранилища в верхнее.
Как работает двойная система
Время действия гидроаккумулирующих электростанций разделяется на два основных периода или режима. По такому же принципу работает ГЭС электростанция. При использовании первого рабочего режима установка потребляет электроэнергию, производимую тепловой электростанцией. Подача электричества осуществляется при минимальной нагрузке на ТЭС, при этом вся избыточная энергия используется насосами.
Такой период может продолжаться от 7 до 12 часов. За это время на ГАЭС осуществляется перекачивание воды из нижнего водохранилища в верхнее, создавая таким образом определенный запас энергии.
Когда возникает максимальная нагрузка, водяная электростанция переходит в турбинный режим, при котором вся накопленная энергия отдается обратно в сеть за счет сделанного запаса воды, вращающей генераторную турбину. Период нагрузки продолжается в среднем 2-6 часов в течение суток. Подобная схема обеспечивает электроэнергией какой-либо населенный пункт или объект промышленного назначения и поддерживает требуемую мощность в периоды пиковых нагрузок.
Гидроаккумулирующая электростанция размещается неподалеку от мощных потребителей, рядом с тепловыми станциями или АЭС. Подобное размещение выполняется с учетом гидрологических, топографических, геологических условий и других внешних факторов. Должна присутствовать обязательная возможность устройства нижнего и верхнего водохранилищ на максимально близком расстоянии друг от друга. При соблюдении всех необходимых условий, коэффициент полезного действия ГАЭС можно довести до 0,6-0,7.
В большинстве случаев осуществляется привязка к имеющимся озерам, другим водохранилищам или на реке. Количество электроэнергии, аккумулированной в системе, напрямую зависит от объема бассейнов и напора турбинных насосов.
Использование ГАЭС в мире и в Российской Федерации
Широкое распространение и развитие гидроаккумулирующие электростанции получили в Европе. Основной причиной послужило регулярное повышение стоимости потребленной электроэнергии. Поэтому в настоящее время производится их повсеместная установка, часто выполняемая в городской черте.
Первая такая станция была сооружена итальянцами в 1908 году. Ее мощность составляла 1 мегаватт. В середине 20-го века во всех странах подобных сооружение насчитывалось уже 40. В дальнейшем их количество продолжало расти. В 1965 году – 110, в 2000 году – примерно 300, общей производительностью 100 ГВт.
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
Я уже вам подробно рассказывал на примере «сердечка» ЧТО ТАКОЕ ГАЭС.
Вы уже знаете, что такая гидроаккумулирующая электростанция состоит из двух отстоящих на расстоянии друг от друга частей и работает только в пиковые моменты нагрузок в электросети. Резервуар с водой открывается, и вода течет вниз к турбинам. Как только нагрузка в сети падает, вода, при помощи остаточной электроэнергии, возвращается обратно в резервуар. Таким образом, получается, что ГЭС можно считать самодостаточным аккумулятором (ГАЭС).
Посмотрите на швейцарскую ГАЭС Hornbergbecken …
Строительство гидроаккумулирующей электростанции связано с необходимостью решать энергетич. задачи системы: покрытие суточных пиков графика нагрузки; создание резерва мгновенного ввдда и реактивной мощности (при работегидроаккумулирующей электростанции в режиме синхронного компенсатора); регулирование, частоты и режима работы тепловых электростанций.
Гидроаккумулирующие электростанции работают в двух режимах — насосном и турбинном. В первом случав гидроаккумулирующая электростанция, потребляя избыточную энергию от тепловых электростанций в часы наименьших нагрузок в системе (обычно 7—-12 час. в сутки), перекачивает воду из нижнего питающего водохранилища в верхний аккумулирующий бассейн (зарядка станции). Во втором случае гидроаккумулирующая электростанция работает в часы максимального потребления энергии в системе (2—6 час. в сутки). Расходуя воду из верхнего бассейна, она вырабатывает электроэнергию в систему (разрядка станции).
В состав гидроаккумулирующей электростанции входят: нижн. питающее водохранилище (естеств. озеро, водохранилище гидроузла, существующее или специально создаваемое); верхний аккумулирующий бассейн (естественные высокогорные приточные или бесприточные озера, расположенные вблизи от нижнего водохранилища, или искусственно созданный водоем); здание стапции; напорный водовод, обычно металлич. или железобетонный; водоприемник, предназначенный для приема воды в верхний бассейн при работе станции в насосном режиме и забора воды из бассейна при работе станции в турбинном режиме.
Гидромеханич. и электротехнич. оборудование в здании гидроаккумулирующей электростанции располагается обычно по схеме трехмашинной компоновки, при к-рой в агрегат входят насос, генератор- электродвигатель и турбина. Наиболее современная и совершенная двухмашинная компоновка состоит из обратимой турбины (турбина-насос) и генератора-электродвигателя.
Если верхний бассейн не имеет естественной приточности, Г. э. работает только на аккумулированной воде («чистая» гидроаккумулирующая электростанция). В отличив от нее, «смешанная» гидроаккумулирующая электростанция имеет дополнительную естеств. приточность и, т. о., работает на приточном стоке и аккумулированном объеме или в каскаде гидроэлектростанций. В последнем случае. в здании станции устанавливают дополнительно к основным турбинным агрегатам обратимые турбины или насосы для подкачивания воды в верхний бьеф водохранилища из нижнего.
Гидроаккумулирующие электростанции обычно располагают вблизи крупных потребителей энергии и в районе мощных электростанций с благоприятными топография., геологич. и гидрологич. условиями, допускающими устройство верхнего бассейна и нижнего водохранилища в непосредственной близости друг к другу. Кпд от 0,6 до 0,7. Наиболее благоприятные гидрологич. условия для строительства Г. э.— наличие верхнего бассейна с естественной приточностью или использование существующих водохранилищ и озер.
К сожалению не нашел информации именно про эту электростанцию, все только на немецком:
Гидроаккумулирующие электростанции, принцип действия ГАЭС, устройство
ГАЭС (гидроаккумулирующие электростанции) служат для накопления электроэнергии во время низкого потребления сетями электричества (в ночной период) и отдачи её во время пиковых нагрузок, уменьшая тем самым необходимость изменения мощности в течение суток основных электростанций (атомных, тепловых). Тепловые и атомные станции не способны быстро снижать свою мощность во время значительного спада потребления, поэтому ночью себестоимость электроэнергии существенно возрастает и электростанции работают в значительной степени вхолостую.
История использования гидроаккумулирующих электростанций
Чтобы улучшить качество энергоснабжения и увеличить эффективность всей системы, были разработаны ГАЭС. Первые подобные станции были построены в конце 19 века в Западной Европе, в частности в 1882 г. в Швейцарии была запущена установка Леттем мощностью 103 кВт. Аналогичное сооружение через 12 лет было запущено на одной из прядильных фабрик Италии. До 20 столетия функционировало всего 4 ГАЭС, к 60-м гг. 20 века насчитывалось уже 72 работающие установки, к 2010 г. их число достигло 460.
У гидроаккумулирующих электростанций есть два периода работы — насосный и турбинный. Во время первого режима ГАЭС является потребителем электроэнергии, которая подаётся от тепловых электростанций во время минимальной нагрузки на последние (обычно примерно 7-12 часов в сутки). При этом на ГАЭС происходит перекачка воды в верхний аккумулирующий бассейн из нижнего питающего водохранилища (станция запасает энергию). В турбинном режиме ГАЭС отдаёт накопленную энергию обратно в сеть во время максимальной нагрузки на неё (2-6 часов в сутки). Вода в этот период из верхнего бассейна направляется обратно в питающее водохранилище, вращая при этом турбину генератора.
Верхний бассейн может не иметь естественной приточности, работая исключительно на запасённой в наносный период воде. Такие ГАЭС принято называть «чистыми». Также функционируют «смешанные» гидроаккумулирующие станции, верхний бассейн которых имеет дополнительную естественную приточность. При этом в турбинном режиме используется и аккумулированная, и поступающая естественным образом вода.
Принцип действия насосно-аккумулирующих электростанций заключается в преобразовании энергии воды. В таких инженерных сооружениях есть два периода работы: насосный и турбинный. В первый период электростанция является потребителем энергии от других видов, например, тепловых электростанций. В это время с помощью насосов вода перекачивается в верхний бассейн (происходит зарядка). Во время турбинного режима работы вода вращает турбины, попадая в нижнее хранилище, с помощью чего запасённая энергия отдаётся потребителю (разрядка).
Делается это для того, чтобы обеспечить города, промышленность необходимой мощностью во время пикового энергопотребления.
Кроме верхнего бассейна и питающего водохранилища в состав ГАЭС входит здание электростанции, железобетонный или металлический напорный водопровод, водоприёмник, который служит для подачи воды в верхний бассейн во время работы станции в насосный период и для забора воды из него в турбинный период. В самом здании электростанции устанавливается турбина, генератор-электродвигатель и насос либо только генератор-электродвигатель и обратимая турбина (турбина-насос).
Чаще всего ГАЭС устанавливаются рядом с мощными потребителями энергии недалеко от мощных тепловых или атомных электростанций там, где этому способствуют топографические, гидрологические и геологические условия. Необходимо, чтобы на местности имелась возможность устроить верхний бассейн и нижнее водохранилища рядом друг с другом. КПД гидроаккумулирующих станций колеблется в диапазоне 0,6 — 0,7. Обычно для работы используются уже существующие водохранилища и озёра или те места, где верхний бассейн имеет естественную приточность.
Разделяют «чистые» гидроаккумулирующие станции и «смешанные». В первом случае верхний бассейн не обладает естественной приточностью, таким образом энергия вырабатывается только за счёт запасённой заранее воды. В смешанных электростанция используется кроме аккумулированного объёма ещё и приточный сток. КПД подобных сооружений составляет 60-70%. Обычно устанавливаются вблизи мощных электростанций, там где возможно организовать нижнее водохранилище и верхнее хранилище близко друг к другу.
Другой вид аккумулирующих электростанций — ветряные. В них используется простой принцип, когда ветер вращает ветряное колесо, а энергия запасается в аккумуляторной батарее. Они намного меньше гидроаккумулирующих электростанций по размеру. Сейчас активно развиваются конструкции малой мощности, направленные на обеспечение энергией отдельных домов и фермерских хозяйств. Мощность их составляет 300 Вт — 20 кВт. Ветрогенераторы средней мощности могут снабжать электричеством небольшие удалённые населённые пункты с общим потреблением 20 — 600 кВт. Мощные аккумулирующие станции выдают более мегаватта.
В связи с постоянным повышением тарифов на электроэнергию подобные сооружения получили большое распространение в Европе. Сейчас они устанавливаются повсеместно, в том числе и в черте города. К недостаткам можно отнести создаваемый шум на уровне 45 дБ и выше. Также во многих странах запрещается их использование в сезон миграции птиц.