Reverzibilne hidroelektrane

Kod konvencionalnih hidroelektrana voda iz akumulacijskog jezera protječe kroz postrojenje i nastavlja dalje svojim prirodnim tokom. Postoji i druga vrsta hidroelektrana, tzv. reverzibilne hidroelektrane (eng.: pumped-storage plant), koja ima dva skladišta vodene mase. To su:

gornja akumulacija - istovjetan je akumulacijskom jezeru klasičnih hidroelektrana. Gradnjom brane osigurava se akumulacija vode, koja protiče kroz postrojenje i rezultira proizvodnjom električne energije.
donja akumulacija - voda koja izlazi iz hidroelektrane ulijeva se u drugo, donje, akumulacijsko jezero, umjesto da se vraća u osnovni tok rijeke.

Pregled

U razdoblju niske potražnje električne energije voda se pumpa iz nižeg u viši spremnik vode. U razdoblju više potražnje za električnom energijom voda se propušta, kroz turbinu natrag u niži rezervoar i pritom se proizvodi električna struja! Reverzibilna turbina/generator može se ponašati i kao pumpa i kao turbina (obično kao Francis turbina). Postoje postrojenja koja koriste napuštene rudnike kao niže spremnike, ali u većini slučajeva su to prirodni spremnici ili čak "umjetni" (iskopani) spremnici. Čiste reverzibilne hidroelektrane izmjenjuju vodu između dvaju spremnika, a kombinirane reverzibilne hidroelektrane ujedno proizvode električnu energiju kao konvencionalne hidroelektrane kroz energiju toka vode! Za elektrane koje ne koriste tzv. sustav napumpanog spremnika (eng.: pumped-storage) možemo reći da su konvencionalne hidroelektrane. Konvencionalne hidroelektrane koje koriste akumulaciju vode mogu imati sličnu ulogu u električnoj mreži kao one sa sustavom napumpanog spremnika, tako da odgađaju proizvodnju električne energije sve dok to nije potrebno.

Uzimajući u obzir gubitke uslijed isparavanja akumulirane vode i gubitke uslijed pretvorbe, približno 70% do 85% električne energije koja se koristi za pumpanje vode u viši spremnik može biti ponovno dobijeno. Ova tehnologija je trenutno najisplativija u smislu spremanja velike količine električne energije, ali investicijski troškovi i prisutnost problema primjerenog geografskog položaja (razlika u visini između spremnika) su kritični čimbenici pri odlučivanju o izgradnji.

Relativno niska gustoća energije pumpanog spremnika iziskuje ili veliku količinu vode ili veliku razliku u visini između dvaju spremnika. Naprimjer, 1000. kilograma vode (1 kubični metar) na vrhu sto metara visokog tornja ima potencijalnu energiju od oko 0,272 KWh. Jedini način da stvorimo značajniju količinu električne energije je taj da imamo veliku količinu vode na što višem mjestu iznad donjeg spremnika. Na nekim područjima ovo se pojavljuje prirodno, a na nekim je čovjek svojim djelovanjem to omogućio.

Sustav može biti vrlo ekonomičan jer poravnava razlike u opterećenju mreže, dozvoljavajući termoelektranama (npr. termoelektrana na ugljen), nuklearnim elektranama i obnovljivim izvorima energije da opskrbljuju sutav energijom. Ovo omogućuje da sustav radi s vršnom iskoritivošću, a da se pritom izbjegne rad na makimalnom opterećenju gore navedenih elektrana. To za sobom povlači velike uštede na sve skupljim gorivima. No, investicijski troškovi za izgradnju spremnika s vodom su poprilično visoki.

Zajedno s gospodarenjem i upravljanjem energijom, sustavi s napumpanim spremnikom (eng.: pumped-storage) pomažu kontrolirati frekvenciju električne mreže i omogućuju stvaranje zaliha. Termoelektrane puno teže podnose iznenadne promjene električne potražnje, a ujedno mogu uzrokovati nestabilnost frekvencije i napona mreže. Elektrane sa sustavom napumpanog spremnika (eng.: pumped-storage), kao i ostale hidroelektrane, jako se dobro nose s promjenama opterećenja.

Gornji spremnik (Llyn Stwlan) i brana Ffestniog reverzibilne hidroelektrane u sjevernom Walesu. Hidrocentrala ima 4 vodene turbine koje proizvode 360 MW snage. Koliko je brana zapravo velika, za usporedbu pogledajte automobil koji se nalazi u podnožju.

Sustav s napumpanim spremnikom (eng.: pumped-storage) prvi je put izveden 1890. godine u Italiji i Švicarskoj. Reverzibilne turbine su se pojavile tek 1930. godine. Takve turbine mogu raditi i u režimu turbina/generator i kao pumpa pogonjena elektromotorom. Posljednja tehnologija na ovom polju su strojevi s varijabilnom (promjenjivom) brzinom vrtnje zbog veće učinkovitosti. Takvi strojevi proizvode električnu energiju u sinkronizaciji s frekvencijom mreže, ali djeluju asinkrono kao pumpa.

Danas se hidroelektrane sa sustavom napumpanog spremnika (eng.: pumped-storage) koriste kako bi se izjednačio kolebljiv output intermitentnih izvora energije. Sustav napumpanog spremnika apsorbira opterećenje u razdobljima visoke proizvodnje i niske potražnje. U nekim slučajevima, cijene električne energije mogu biti blizu nule ili povremeno čak i negativne (Ontario, početkom rujna 2006.). To pokazuje da postoji više električne energije nego što opterećenje može apsorbirati. Iako, to se događa samo zbog vjetra. Što više struje dobijemo iz vjetra, mogućnost za takvo što raste. Poprilično je moguće da će sustavi s napumpanim spremnikom (eng.: pumped-storage) postati posebno važni kao balans za proizvodnju električne struje iz PV.

U 2000. godini SAD su imale 19,5 GW instaliranih u obliku reverzibilnih hidroelektrana (ukupno 2,7% od ukupne instalirane snage). PHS (Pumped Hydroelectric Storage) je proizveo (neto) -5,5 GWh električne energije zbog toga što je više energije iskorišteno za pumpanje vode nego što je proizvedeno. Gubici se pojavljuju u obliku isparavanja vode, stupnja korisnosti turbine/generatora i trenja.

1999. godine EU je imala 32 GW instalirane snage u obliku reverzibilnih hidroelektrana od ukupno 188 GW instalirane snage svih hidroelektrana u širem smislu, što je 5,5% od ukupnog kapaciteta proizvodnje u EU.

Perspektivne tehnologije

Ispitivala se upotreba podzemnih spremnika koji bi služili kao niže brane! Mogu se koristiti crpilišta soli (eng.: salt mines), međutim nepoželjno otapanje soli može predstavljati problem. Ako se pokažu dostupnima, podzemni sustavi mogli bi uvelike povećati broj lokacija gdje bi se električna energija dobijala sustavom napumpanih spremnika. Solna otopina ima za oko 20% veću gustoću nego što to ima svježa voda.

Novi planovi za sustave napumpanih spremnika je iskoristit što je više moguće vjetroturbine ili solarnu energiju za pogon pumpi. To bi moglo omogućiti da cijeli proces bude mnogo učinkovitiji i da se uglade promjenjivosti energije dobijene od vjetra ili sunca.

Popis reverzibilnih hidroelektrana u svijetu

Argentina

Rio Grande-Cerro Pelado Hydroelectric Complex (1986.), 750 MW

Australija

Bendeela hydroelectric pumping station (1977.), 80 MW
Kangaroo Valley hydroelectric pumping station (1977.), 160 MW
Tumut Power Station, New South Wales (1973.), 1500 MW
Wivenhoe Power Station, Queensland, 510 MW

Austrija

Häusling (1988.), 360 MW
Lünerseewerk (1958.), 232 MW
Kraftwerksgruppe Fragant, 100 MW
Kühtai (1981.), 250 MW
Malta-Hauptstufe (1979.), 730 MW
Rodundwerk I (1952.), 198 MW
Rodundwerk II (1976.), 276 MW
Roßhag (1972.), 231 MW
Silz (1981.), 500 MW

Belgija

Coo (1979.), 110 MW
Plate Taille (1981.), 136 MW

Bosna i Hercegovina

CHE Čapljina (1979.), 420 MW

Bugarska

PAVEC Batak (1958.), 48 MW
PAVEC Belmeken (197?.), 375 MW
PAVEC Chaira (1998.), 864 MW
PAVEC Orfey (1975.), 160 MW
PAVEC Peshtera (1959.), 128 MW
PAVEC Vacha (1973.), 20 MW

Češka Republika

Dalešice Dam|Dalešice (1978.), 480 MW
Dlouhé Stráně Dam (1996.), 650 MW
Štěchovice Reservoir (1947.), 45 MW

Filipini

CBK, 700 MW

Francuska

Grand Maison (1997.), 1,070 MW
La Coche (1976.), 285 MW
Le Cheylas (1979.), 485 MW
Montézic (1983.), 920 MW
Rance tidal power plant (1966.), 240 MW
Revin (1976.), 800 MW
Super Bissorte (1978.), 720 MW

Hrvatska

CHE Fužine (1957.). 4,6 MW
RHE Lepenica (1985.), 1,14/1,25 MW^[1]
RHE Velebit (1984.), 276/240MW^[2]

Italija

Chiotas (1981.), 1184 MW
Lago Delio (1971.), 1040 MW
Piastra Edolo (1982.), 1020 MW
Presenzano (1992.), 1000 MW

Indija

Bhira, Maharashtra, 150 MW
Kadamparai, Coimbatore, Tamil Nadu, 400 MW (4 x 100 MW)
Nagarjuna Sagar PH, Andhra Pradesh, 810 MW (1 x 110 MW + 7 x 100 MW)
Purulia Pumped Storage Project, Ayodhya Hills, Purulia, Zapadni Bengal, 900 MW
Srisailam Left Bank PH, Andhra Pradesh, 900 MW (6 x 150 MW)
Tehri Dam, Uttranchal (u izgradnji), 1000 MW

Iran

Sijah-Biše, Iran (2013.), 1140 MW

Irska

Turlough Hill (1974.), 292 MW

Japan

Imaichi (1991.), 1050 MW
Kannagawa (2005.), 2700 MW
Kazunogawa (2001.), 1600 MW
Kisenyama, 466 MW
Matanoagawa (1999.), 1200 MW
Midono, 122 MW
Niikappu, 200 MW
Okawachi (1995.), 1280 MW
Okutataragi (1998.), 1932 MW
Okuyoshino, 1206 MW
Shin-Takasegawa, 1280 MW
Shiobara, 900 MW
Takami, 200 MW
Tamahara (1986.), 1200 MW
Yagisawa, 240 MW
Yanbaru, Okinawa (1999.), 30 MW

Južna Afrika

Drakensberg Pumped Storage Scheme (1983.), 1000 MW
Palmiet Pumped Storage Scheme, 400 MW
Ingula (u izgradnji), 1332 MW

Kanada

Sir Adam Beck Hydroelectric Power Stations, Niagarini slapovi (1957.), 174 MW - reverzibilne Deriaz turbine

Kina

Guangzhou (2000.), 2400 MW
Tianhuangping (2001.), 1800 MW

Litva

Kruonis Pumped Storage Plant (1993.), 900 MW postavljeno, 1600 MW projektirano

Luksemburg

Vianden (1964.), 1100 MW

Norveška

Naputak: Norveška ima mnogo velikih hidroelektrana. Na nekim lokacijama izlistanim dolje, nema proizvodnje električne energije: pumpe se koriste za premještanje vode u akumulacije konvencionalnih hidroelektrana. ^[3]^[4]^[5]

Aust-Agder

Breive, Bykle
Skarje, Bykle

Hordaland

Aurland III (1979.), 270 MW
Jukla, 40 MW
Kastdalen
Nygard, Modalen
Skjeggedal

Møre og Romsdal

Mardal
Monge

Nordland

Tverrvatn

Rogaland

Duge
Hjorteland
Hunnevatn
Saurdal, 640 MW
Stølsdal, 17 MW

Njemačka

Erzhausen (1964.), 220 MW
Geesthacht (Hamburg) (1958.), 120 MW
Goldisthal (2002.), 1060 MW
Happurg (1958.), 160 MW
Hohenwarte II (1966.), 320 MW
Koepchenwerk (1989.), 153 MW
Langenprozelten (1976.), 160 MW
Markersbach (1981.), 1050 MW
Niederwartha, Dresden (1958.), 120 MW
Waldeck II (1973.), 440 MW

Poljska

Dychów, 79,5 MW
Niedzica, 92,6 MW
Porąbka-Żar, 500 MW
Solina, 200 MW
Żarnowiec, 716 MW
Żydowo, 150 MW

Portugal

Aguieira, 270 MW
Alqueva, 260 MW
Alto Rabagão, 72 MW
Torrão, 144 MW
Vilarinho II, 74 MW

Rusija

Kuban (1968.), 15,9/19,2 MW
Zagorsk (1994.), 1200/1320 MW
Zelenčuk (u izgradnji), 140/150,6 MW

Slovačka [3]

Čierny Váh, 735,16 MW
Liptovská Mara, 198 MW
Ružín, 60 MW
Dobšiná, 24 MW

Slovenija

Avče, 600 MW

Srbija

Bajina Bašta (1982.), 614 MW

Španjolska

Aguayo (Cantabria), 339 MW
Aldeadavila (Salamanca), 422 MW (2 X 211 MW) [4]
Moralets-Llauset (Lleida/Huesca), 210 MW [5]
La Muela (Valencia), 628 MW
Sallente-Estany Gento (Lleida), 451 MW [6]
Tajo de la Encantada (Málaga), 360 MW
Tavascan-Montmara (Lleida), 52 MW
Villarino (Salamanca), 810 MW (6 X 135 MW) [7]

Švedska

Juktan, 334 MW ^[6]

Švicarska

Cleuson-Dixence VS, Lac des Dix, 2099 MW (turbine)
Guttannen BE / Grimsel 2 (Kraftwerke Oberhasli), Grimselsee, 1070 MW (turbine)
Peccia, Cavergno, Verbano, Bavona, Altstafel, Robiei TI (Maggia Kraftwerke AG), 620 MW (turbine)
Hongrin VD, Lac de l'Hongrin, 240 MW postavljeno, 420 MW planirano
Mapragg SG, Stausee Mapragg (Kraftwerke Sarganserland), 370 MW (turbine)
Linthal GL, Linth-Limmern, 340 MW turbina postavljena; 1000 MW planirano pumpa i turbina do 2015
Altendorf SZ / Einsiedeln, Sihlsee, 340 kubnih metara po sekundi
Lobbia GR (EW der Stadt Zürich), 37 MW (pumpa)
Ova Spin GR (Engadiner Kraftwerke AG), 47 MW (pumpa)
Ferrera GR, Valle di Lei, 82 MW (pumpa)

Tajvan

Minghu (1985.) 1000 MW
Mingtan (1994.) 1620 MW

Ukrajina

Dniestr HPSP, 972 MW postavljeno, 2268 MW planirano fotografija
Kaniv HPSP (u fazi projekta), 1800 MW [8]
Kyiv HPSP, 235,5 MW [9]
Tashlyk HPSP, 905 MW/-1325 MW [10]

Ujedinjeno Kraljevstvo

Ben Cruachan, Škotska (1965.), 440 MW (2 × 120 MW + 2 × 100 MW units)
Dinorwig Power Station, Wales (1984.), 1728 MW (6 × 288 MW units)
Falls of Foyers, Škotska (1975.), 305 MW
Ffestiniog power station, Wales (1963.), 360 MW (4 × 90 MW units)

Sjedinjene Američke Države

California

Castaic Dam (1978.), 1566 MW
Edward C. Hyatt (1968.), 780 MW
Helms (1984.), 1200 MW
Iowa Hill, (Planirano za 2010.), 400 MW [11]
John S. Eastwood (1988.), 200 MW
Pyramid Lake (California) (1973.), 1495 MW
San Luis Dam (William R. Gianelli) (1968.), 424 MW

Colorado

Cabin Creek (1967.), 324 MW
Mount Elbert 200 MW, 1212 MW

Connecticut

Rocky River (1929.), 31 MW

Georgia

Rocky Mountain Pumped Storage Station, 848 MW
Wallace Dam, Lake Oconee/Lake Sinclair, 4 x 52 MW reversible units - operated by Georgia Power

Hawaii

Koko Crater, Oahu, Hawaii (Prijedlog)

Massachusetts

Bear Swamp Generating Station (1972.), 600 MW
Northfield Mountain (1972.), 1080 MW

Michigan

Ludington Pumped Storage Power Plant (1973.), 1872 MW

Missouri

Mark Twain Lake|Clarence Cannon dam (1983.), 58 MW (Sposobnost pumpanja natrag testirana 2 puta u 1984. i pumpe od tada nisu korištene.[12])
Taum Sauk pumped storage plant|Taum Sauk, 450 MW (čisti pump-back; ne radi od prosinca, 2005)

New Jersey

Mt. Hope, 2000 MW^[7]
Yards Creek Generating Station (1965.), 400 MW [13]

New York

Blenheim-Gilboa Pumped Storage Power Project (1973.), 1200 MW
Robert Moses Hydro-Electric Dam (Niagara) (1961.), 240 MW

Oklahoma

Salina Pumped Storage (Grand River Dam Authority) (1971.), 260MW

Pennsylvania

Muddy Run Pumped Storage Facility, 1071 MW
Seneca Pumped Storage Generating Station, 435 MW

South Carolina

Bad Creek (1991.), 1065 MW - voda se pumpa iz jezera Jocassee
Lake Jocassee (1973.), 610 MW

Tennessee

Raccoon Mountain Pumped-Storage Plant (1978.), 1530 MW

Virginia

Reverzibilna hidroelektrana Bath County, 2772 MW (Najveća na svijetu)^[8]
Smith Mountain Lake and Leesville Lake

Washington

Grand Coulee Dam (1981.), 314 MW^[9]

Poveznice

Izvori

Vanjske poveznice

Sestrinski projekti

U Wikimedijinu spremniku nalazi se još gradiva na temu: Reverzibilne hidroelektrane

it:Centrale idroelettrica#Centrali con impianti ad accumulazione

[1] HE Vinodol, HEP Proizvodnja

[2] RHE Velebit, HEP Proizvodnja

[3] ttp://www.statkraft.no/pub/vannkraft/Kraftverkene/index.asp]

[4] [1]

[5] [2]

[6] Francisturbinen

[7] Mt. Hope: The megawatt line

[8] Bath County Pumped Storage Station

[9] Grand Coulee Dam

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]