Pompowana jest techniką magazynowania energii elektrycznej , która zawiera wodę z rzeki lub stawu, aby przechowywać go w zbiornikach magazynowych, gdzie produkcja energii elektrycznej jest wyższa niż popyt - czyli pompowania - a następnie rezygnacji wody i odstawić do wytwarzają energię elektryczną, gdy zapotrzebowanie jest duże - to turbina. Uczestniczy w dostosowywaniu podaży i popytu na energię elektryczną .
Technika ta została po raz pierwszy zastosowana w Szwajcarii i we Włoszech w latach 90. XIX w. W 2019 r. Globalna moc zainstalowana osiągnęła 158 GW .
Elektrownie szczytowo-pompowe nazywane są również oczyszczalniami ścieków w odniesieniu do „stacji przesyłu energii szczytowej”.
Magazynowanie szczytowo-pompowe polega na wytwarzaniu energii elektrycznej za pomocą elektrowni wodnej, która ma tę cechę, że jest odwracalna. Woda jest albo pobierana ze zbiornika górnego w celu wytworzenia energii elektrycznej ( turbina ), albo jest podnoszona ze zbiornika dolnego do zbiornika górnego w celu zwiększenia jej energii potencjalnej ( pompowanie ), co umożliwia magazynowanie energii .
Cykl magazynowania w pompie powoduje utratę około 15 do 30 % energii .
Magazyn pompowo-pompowy jest również używany do bardziej złożonych zastosowań z kilkoma tamami akumulacyjnymi. Gdy w sieci występuje nadmiar energii elektrycznej, służy ona do pompowania wody z zapór magazynowych na niższych wysokościach do jednej na dużych wysokościach. Gdy zapotrzebowanie na energię elektryczną jest większe, tama magazynująca na większej wysokości turbina wodę w dolinie i wytwarza energię elektryczną. W ten sposób woda jest poddawana turbinom w innym miejscu niż to, w którym jest pompowana.
Największy kompleks szczytowo-pompowy we Francji to zakład Grand'Maison w Isère . Składa się z dwóch zbiorników. Górny zbiornik zwany Lac de Grand'Maison o użytecznej objętości 132 milionów metrów sześciennych i dolny zbiornik zwany Lac du Verney o użytecznej objętości 14,3 miliona metrów sześciennych.
Maksymalna dostępna objętość wynosi zatem 14,3 miliona metrów sześciennych przy optymalnej pracy z pompą. Można pójść dalej, ale z prostym reżimem turbinowym lub dodając naturalne składniki Eau d'Olle .
W turbinach maksymalna moc produkcyjna energii elektrycznej wynosi 1800 MW . W tej mocy, „pobór wody” jest 216.3 m 3 / s , a nawet około 0,78 milionów metrów sześciennych na godzinę. Przy optymalnej pracy z pompą pełne napełnienie dolnego jeziora (jeśli było puste) i wyprodukowanie 33 000 MWh zajmuje nieco ponad 18 godzin .
Podczas pompowania osiem z dwunastu grup jest odwracalnych. Są zdolne do wznoszenia się 135 m 3 / s w kierunku górnego jeziora, czyli nieco mniej niż pół miliona metrów sześciennych na godzinę, wymagając mocy 1270 MW (większej niż produkcja bloku jądrowego). Następnie opróżnienie dolnego jeziora zajmuje nieco ponad 29 godzin i zużywa nieco ponad 37 000 MWh .
Moc zainstalowana elektrowni szczytowo-pompowych osiągnęła w 2019 roku 157 994 MW na całym świecie, w tym 30 290 MW w Chinach (19,2%), 27 637 MW w Japonii (17,5%) i 22 855 MW w Stanach Zjednoczonych. Stany Zjednoczone (14,5%); te trzy kraje stanowią 51,2% całości świata.
Moc zainstalowana elektrowni szczytowo-pompowych w 2019 rRegion |
Całkowita moc na koniec 2019 r. ( GW ) |
|||
Azja Wschodnia i Pacyfik | 68.3 | |||
Europa | 54.9 | |||
Ameryka Północna i Środkowa | 23,0 | |||
Azja Południowa i Środkowa | 7.5 | |||
Afryka | 3.4 | |||
Ameryka Południowa | 1.0 | |||
Świat | 158 | |||
Główne kraje | ||||
Chiny | 30.29 | |||
Japonia | 27,64 | |||
Stany Zjednoczone | 22,85 | |||
Włochy | 7.68 | |||
Niemcy | 6.36 | |||
Hiszpania | 6.12 | |||
Francja | 5.84 | |||
Austria | 5.60 | |||
Indie | 4.79 | |||
Korea Południowa | 4.70 | |||
szwajcarski | 3.03 | |||
Afryka Południowa | 2,91 | |||
UK | 2.83 | |||
Portugalia | 2.82 | |||
Tajwan | 2.60 | |||
Polska | 1.78 | |||
Ukraina | 1.56 | |||
Norwegia | 1.44 | |||
Bułgaria | 1.40 | |||
Rosja | 1.38 | |||
Australia | 1.34 | |||
Belgia | 1.31 | |||
Luksemburg | 1.30 | |||
Republika Czeska | 1.17 | |||
Iran | 1.04 | |||
Słowacja | 1.02 | |||
Tajlandia | 1,00 | |||
Argentyna | 0.97 | |||
Litwa | 0,90 | |||
Grecja | 0,70 | |||
Filipiny | 0.68 | |||
Serbia | 0.64 | |||
Maroko | 0.46 | |||
Źródło danych: Międzynarodowe Stowarzyszenie Energetyki Wodnej. |
Ta sekcja porównuje elektrownie pod względem ich mocy. Nie wspomina o całkowitej przechowywanej energii, głównym kryterium, ale rzadko dostarczanej przez zwykłe źródła.
W 2019 roku krajami najlepiej wyposażonymi w moc pompową / turbinową są:
Najpotężniejsza elektrownia szczytowo-pompowa na świecie znajduje się w hrabstwie Bath (3003 MW ), w Stanach Zjednoczonych , w Wirginii ; za nim znajdują się dwie chińskie elektrownie: Huizhou (2448 MW ) i Guangzhou (2400 MW ).
W Europie jest 12 z 50 największych oczyszczalni ścieków na świecie:
Chiny postawiły sobie za cel osiągnięcie ponad 40 GW magazynów szczytowo-pompowych do 2020 r., Aby zrekompensować przerwy w pracy licznych budowanych elektrowni wiatrowych i słonecznych; 60 GW jest w budowie lub w fazie rozwoju, a Krajowa Administracja Energii ma nadzieję osiągnąć moc zainstalowaną 90 GW do 2025 roku.
W 2020 roku japoński budynek centralny Kannagawa powinien zająć świat 2 e o mocy 2820 MW .
W latach 2014-2020 w Europie planowanych jest około 60 projektów 27 GW , zwłaszcza w Hiszpanii i trzech krajach alpejskich, które planują dodać 11 dodatkowych GW (4 GW w Niemczech, 3,5 GW w Austrii i 3,5 GW w Austrii i 3,5 GW). w Austrii), GW w Szwajcarii).
We Francji EDF rozpoczął renowację dwóch oczyszczalni ścieków:
Potencjał nadal wynosiłby 6000 MW , w tym 2500 MW w samej Sabaudii, ale nieuchronna konkurencja o koncesje spowalnia inwestycje EDF. Koszty przyłączenia do sieci , problemy z akceptacją lokalnych mieszkańców, ograniczenia regulacyjne i możliwość konkurencji ze strony baterii elektrochemicznych są przeszkodami dla nowych projektów.
Projekty elektrowni szczytowo-pompowych wody morskiej były proponowane od początku budowy morskich farm wiatrowych . Aby zrekompensować przerywaną produkcję turbin wiatrowych, konieczne jest zwiększenie pojemności magazynowania nadwyżki energii elektrycznej wytwarzanej w okresach silnego wiatru, aby móc ją wykorzystać w okresach słabego wiatru lub dużego zapotrzebowania; elektrownie szczytowo-pompowe są idealnym rozwiązaniem do osiągnięcia tego magazynowania. W celu zminimalizowania strat przesyłowych i zakłóceń w sieci elektroenergetycznej spowodowanych silnymi wahaniami w produkcji turbin wiatrowych pożądane jest budowanie takich elektrowni jak najbliżej farm wiatrowych, stąd pomysł budowy zbiorników na szczycie klify i elektrownie u stóp tych klifów.
Taką elektrownię zbudowano w Japonii na wyspie Okinawa w 1999 roku ze średnim spadkiem 136 metrów i mocą turbiny 30 MW , która mogła być użytkowana przez osiem godzin, ale została zamknięta po kilku latach eksploatacji .
We Francji kilka badań poświęcono określeniu potencjału wybrzeży kanału La Manche i Bretanii, co wydaje się interesujące. Kryteria konkurencyjności spełnia kilkanaście obiektów: spadek ok. 100 m między morzem jako zbiornik niski a zbiornikiem od 1 do 2 km 2 oddalonym od wsi na klifie, moc zainstalowana od 1 do 2 GW dla inwestycji około dwóch miliardów euro, podobnie jak w przypadku istniejących górskich oczyszczalni ścieków. EDF szacuje potencjał morskich oczyszczalni ścieków na 5000 MW , w tym jedną na Gwadelupie i jedną na Reunion. Szczegółowy projekt został przeprowadzony przez ENSEEIHT , który podsumowuje wykonalność techniczną projektu, jego zmniejszony wpływ na środowisko, ale jego brak rentowności w obecnych warunkach, wniosek, który może się jednak szybko zmienić wraz ze wzrostem kosztów spowodowanych ograniczeniami. poprzez integrację produkcji turbin wiatrowych z siecią.
W Belgii projekt sztucznej wyspy ma na celu magazynowanie energii wytwarzanej przez farmy wiatrowe na Morzu Północnym , w odwrotny sposób niż w przypadku oczyszczalni ścieków klifowych: woda ze studni w centrum wyspy byłaby pompowana w celu zmagazynowania nadmiaru energii , wtedy woda morska byłaby turbinowana, wypełniając studnię w okresach słabego wiatru lub dużego zapotrzebowania.
Elektrowni wodnej wiatr Hierro na najmniejszej wysepce Canary archipelagu , znajduje się na wodach przybrzeżnych Maroko jest przykładem systemu łączącego turbin wiatrowych i pompowana przechowywania w podejście w autonomii. Energii elektrycznej. Pięć turbin wiatrowych i dwa baseny są połączone rurami na głębokości 700 m , co zapewnia 11,5 megawatów dla 10 000 mieszkańców. Energia wytwarzana przez turbiny wiatrowe w ilości przekraczającej zapotrzebowanie jest magazynowana w celu zasilania sieci w okresach braku wiatru. W 2016 r. Elektrownia „hydro-wiatrowa” pokrywała średnio 41% zapotrzebowania wyspy na energię elektryczną; wskaźnik pokrycia osiągnął 100% przez 500 godzin, czyli 5,7% w roku.
Leif-Erik Langhans, z Uniwersytetu Ruhr w Bochum , badał system turbiny wiatrowej połączonej z pompowo-pompowym magazynem energii hydraulicznej . Nadmiar energii wiatru jest wykorzystywany do doprowadzania wody do podwyższonego basenu; ta rezerwa wodna jest turbinowana do wytwarzania energii elektrycznej w okresach słabego wiatru lub dużego zapotrzebowania .
Powstaje wiele pomysłów, w szczególności w Niemczech:
Rynek jest zdominowany przez trzech głównych graczy, którzy odpowiadają za 80% produkcji, ale którzy zmagają się z rosnącą konkurencją ze strony firm z Korei Południowej i Chin : General Electric odnawialna energia ( Stany Zjednoczone ) (dawniej Alstom Hydro ), Andritz ( Austria ) i Voith Hydro ( Niemcy ).
Zaproponowano wykorzystanie małych elektrowni pompowo-magazynowych, aby przyczynić się do magazynowania energii i zdecentralizowanej elastycznej produkcji w celu zintegrowania energii przerywanej . Jednak w praktyce rozwój odnawialnych źródeł energii w Europie, w szczególności turbin wiatrowych, przyczynił się raczej do zmniejszenia wykorzystania istniejących elektrowni ze względu na zmniejszenie różnicy cen między dniem a nocą, co jest niezbędne, aby instalacje były opłacalne. biorąc pod uwagę utratę energii spowodowaną przez cykl magazynowania w pompie. Zmniejszenie luki jest jednak również częściowo spowodowane spadkiem cen węgla i uprawnień do emisji CO 2 . .
Ministrowie odpowiedzialni za energetykę z trzech krajów alpejskich (Niemiec, Austrii i Szwajcarii), spotkanie w dniu 5 maja 2012stwierdził, że w przyszłości rozwój odnawialnych źródeł energii do produkcji energii elektrycznej nie będzie możliwy bez odpowiedniego wzmocnienia zdolności transportowych i magazynowych, a jedyną obecnie dostępną techniką magazynowania na dużą skalę są elektrownie szczytowo-pompowe; są zdecydowani koordynować swoje wysiłki w celu promowania tej techniki . Stowarzyszenia zawodowe sektora elektroenergetycznego trzech krajów wspólnie podjęły inicjatywę promowania magazynowania szczytowego, wzywając rządy do wprowadzenia środków regulacyjnych i ułatwień fiskalnych.
Całkowita sprawność pompowni wynosi około 75–80%, w porównaniu z 25–35% w przypadku procesu zamiany gazu na energię .