|
Elektrownie szczytowo-pompowe16 lipca 2011
Elektrownie szczytowo-pompowe przepompowują wodę ze zbiornika u podnóża wzniesienia do zbiornika na górze, używając taniego prądu, zakupionego poza szczytem. W okresach wzmożonego zapotrzebowania na elektryczność, odzyskują prąd przy użyciu turbin jak w każdej innej elektrowni wodnej. elektrownia moc (różnica poziomu wód objętość zmagazynowana (GW) w zbiorniku górnym (milion m3) energia i dolnym) (m) (GWh) ----------------------------------------------------------------------------- Ffestiniog 0,36 320 – 295 1,7 1,3 Cruachan 0,40 365 – 334 11,3 10 Foyers 0,30 178 – 172 13,6 6,3 Dinorwig 1,80 542 – 494 6,7 9,1 ----------------------------------------------------------------------------- Wielka Brytania ma cztery elektrownie szczytowo-pompowe, zdolne zmagazynować 30 GWh (Tabela 26.4., Fot. 26.6.) Zazwyczaj gromadzą energię nocą i zwracają ją w ciągu dnia, szczególnie w szczycie zapotrzebowania – to opłacalny biznes, jak pokazuje Rys. 26.5. Elektrownia Dinorwig, zdumiewająca katedra wewnątrz góry w Snowdonii, pełni również rolę zabezpieczającą. Jest tak duża, że może uratować krajową sieć energetyczną w sytuacji większej awarii. W 12 sekund startuje od 0 do 1,3 GW mocy. Dinorwig to królowa wszystkich czterech instalacji. Przyjrzyjmy się jej podstawowym charakterystykom. W Dinorwig można zmagazynować około 9 Wh. Wyższe jezioro znajduje się prawie 500 m nad niższym. Woda o objętości roboczej rzędu 7 mln m3 przepływa w tempie maksymalnym 390 m3/s, dostarczając moc rzędu 1,7 GW w 5 godzin. Sprawność tego systemu magazynowania energii wynosi 75%. Jednoczesne włączenie wszystkich czterech elektrowni szczytowo-pompowych pozwala wygenerować 2,8 GW prądu. Można je włączyć w mgnieniu oka. Dzisiaj kompensują każde tempo zmiany w popycie lub w podaży prądu z wiatru. Niemniej jednak moc rzędu 2,8 GW nie wystarczy, by zastąpić 10 GW lub 33 GW energii wiatrowej. A możliwości magazynowania energii (30 GWh) są tylko cieniem tego czego, potrzeba, by przetrwać wielką flautę (1200 GWh).
------------------------------------------------------------------------------ elektrownia moc wysokość objętość zmagazynowana (GW) spadku (milion m3) energia wody (GWh) (m) ------------------------------------------------------------------------------ Żarnowiec 0,68 100 13,6 3,6 Porąbka-Żar 0,50 430 2,3 2,6 Solina-Myczkowce 0,20 60 472 1,3 (50) Czorsztyn–Niedzica 0,09 50 200 1,0 (15) Żydowo 0,16 83 3,3 0,7 Dychów 0,09 18 3,6 0,2 -------------------------------------------------------------------------------
Uwagi: Górny zbiornik elektrowni Solina-Myczkowce (Jezioro Solińskie) jest wykorzystywany przede wszystkim jako zbiornik retencyjny. Pojemność dolnego zbiornika w Myczkowcach pozwala na pracę elektrowni Solina z pełną mocą w ciągu 5–6 godzin, co oznacza zmagazynowanie energii 1,3 GWh. Gdyby dolny zbiornik był równie duży co górny, elektrownia szczytowo-pompowa w Solinie mogłaby magazynować energię rzędu 50 GWh. Czy można zbudować więcej elektrowni szczytowo-pompowych? Czy dałoby się rozwiązać problem flauty tylko i wyłącznie dzięki tej technologii?
Czy możemy zmagazynować 1200 GWh?Zależy nam na znacznie większych systemach, zdolnych zmagazynować w sumie 1200 GWh (około 130 razy tyle co Dinorwig). Potrzebujemy mocy zainstalowanej rzędu 20 GW (czyli około 10 razy tyle, co w Dinorwig). Tak oto przedstawia się sprawa elektrowni szczytowo-pompowych: potrzeba 12 nowych elektrowni, z których każda zmagazynuje 100 GWh (czyli 10 razy tyle co Dinorwig). Wyposażenie do pompowania wody i generowania prądu w każdej z tych elektrowni byłoby takie jak w Dinorwig. Przy założeniu, że generatory mają sprawność rzędu 90%, w Tabeli 26.7. pokazujemy kilka sposobów magazynowania 100 GWh, dla różnych wysokości spadku wody (reguły fizyczne leżące u podstaw tabeli dostępne są w przypisach do rozdziału). ----------------------------------------------------------------------- Sposoby na magazynowanie 100 GWh ----------------------------------------------------------------------- wysokość spadku wody wymagana objętość przykładowe wielkości z górnego jeziora robocza i głębokości zbiornika (mln m3) ----------------------------------------------------------------------- 500 m 80 2 km2 × 40 m 500 m 80 4 km2 × 20 m 200 m 200 5 km2 × 40 m 200 m 200 10 km2 × 20 m 100 m 400 10 km2 × 40 m 100 m 400 20 km2 × 20 m ------------------------------------------------------------------------ Czy znajdziemy 12 takich miejsc? Niewątpliwie da się zbudować jeszcze kilka takich elektrowni, jak Dinorwig w Snowdonii. W Tabeli 26.8. mamy dwie alternatywne lokalizacje w pobliżu Ffestiniog. Rozważano ich budowę w latach 70., ale zdecydowano się na Dinorwig. proponowana moc wysokość objętość magazynowana lokalizacja (GW) spadku wody (mln m3) energia (m) (GWh) ------------------------------------------------------------------------------ Bowydd 2,40 250 17,7 12,0 Croesor 1,35 310 8,0 6,7 ------------------------------------------------------------------------------ Elektrownie szczytowo-pompowe o znacznie większych możliwościach magazynowania energii niż Dinorwig, można zbudować w Szkocji dzięki rozbudowie istniejących elektrowni wodnych. Wystarczy rzut oka na mapę Szkocji i widzimy, że jedna z możliwych instalacji używałaby jeziora Loch Sloy jako zbiornika wyższego i Loch Lomond jako niższego. Już teraz niewielka elektrownia wodna łączy te jeziora. Na Rys. 26.9 w tej samej skali mamy oba te jeziora oraz jeziora Dinorwig. Różnica wysokości pomiędzy jeziorami Loch Sloy i Loch Lomond wynosi około 270 m. Sloy ma powierzchnię około 1,5 km2 i już teraz może zgromadzić energię rzędu 20 GWh. Gdyby zaporę Loch Sloy podniesiono o kolejne 40 m, można by gromadzić dodatkowe 40 GWh. Poziom wody w Loch Lomond zmieniałby się o najwyżej 0,8 m w cyklu. To mniej niż zakres normalnych rocznych zmian poziomu wody w Loch Lomond (2 m). Rys. 26.10 wskazuje 13 potencjalnych lokalizacji elektrowni szczytowo-pompowych w Szkocji (w większości z nich już zainstalowano elektrownie wodne). Gdyby 10 z nich miało taki potencjał, jaki szacuję dla Loch Sloy, moglibyśmy gromadzić 400 GWh. To jedna trzecia 1200 GWh, których potrzebujemy. W budowie (trwającej już od ponad 30 lat) jest jedna większa elektrownia szczytowo-pompowa Młoty o mocy 0,75 GW, umożliwiająca zmagazynowanie 1,5 GWh. To kropla w morzu potrzeb. Planując więcej elektrowni szczytowo-pompowych, moglibyśmy wykorzystać doliny górskie, podobnie jak w Solinie czy Czorsztynie – rozbudowa tylko tych dwóch zbiorników pozwoliłaby gromadzić około 65 GWh energii. Osiągnięcie 1200 GWh może być możliwe, jednak na pewno pojawiłoby się wielu oponentów wskazujących, że taki program oznaczałby przesiedlenie setek tysięcy ludzi, zatopienie wielu cennych przyrodniczo terenów, zabytków i cmentarzy, blokadę tras migracji ryb, zagrożenie zalaniem w przypadku pęknięcia tamy itp. Z drugiej strony wiele osób uważa, że górskie jeziora: Solińskie czy Czorsztyńskie – kiedy już powstały – zmieniły okolicę na lepsze, dając łagodniejszy mikroklimat, stymulując rozwój turystyki, dając możliwości wypoczynku nad wodą oraz zapewniając ochronę przeciwpowodziową. Możemy przeanalizować mapę Wielkiej Brytanii w poszukiwaniu innych lokalizacji. Najlepsze byłyby takie blisko wielkich farm wiatrowych. Można by jeszcze zbudować nowe sztuczne jezioro w nadbrzeżnej dolinie wiszącej, kończącej się nad morzem, z tamą u ujścia doliny. Tutaj morze służyłoby jako dolny zbiornik. A teraz z innej beczki. Można odpuścić sobie jeziora i zbiorniki wodne i wbudować połowę instalacji w ziemię, w postaci komory podziemnej. Dyskutuje się zbudowanie komory-zbiornika kilometr pod Londynem. Wydaje się, że budując więcej instalacji pompująco-magazynujących, możemy zwiększyć możliwości magazynowania z 30 GWh do 100 GWh, może nawet do 400 GWh. Niemniej jednak osiągnięcie całych 1200 GWh, na które liczyliśmy, wydaje się trudne. Szczęśliwie jest jeszcze jedno rozwiązanie.
|
