Immer mehr erneuerbare Energiequellen werden in die australischen Stromnetze eingesteckt. Südaustralien beispielsweise wird 40% seines Stroms aus Wind- und Sonnenenergie beziehen Snowtown-Windpark wird noch in diesem Jahr fertiggestellt.
Wenn jedoch erneuerbare Energien den Markt letztendlich beherrschen sollen, brauchen wir Möglichkeiten, die Energie zu speichern, um sie rund um die Uhr nutzen zu können. Die gute Nachricht ist, dass es einfach ist, Energie zu speichern. Alles, was Sie brauchen, sind zwei kleine Reservoirs - einer hoch, einer niedrig - und eine Möglichkeit, Wasser zwischen ihnen zu pumpen.
Diese Technik, die als „off-river pumped hydro energy storage“ bezeichnet wird, kann potenziell die Energiespeicherung bereitstellen, die Australien benötigt, um die erneuerbaren Energien voll zu nutzen. Es ist auch billig.
Wie Pumped Hydro funktioniert
Bei überschüssigem Strom wird Wasser durch eine Rohrleitung oder einen Tunnel in den oberen Vorratsbehälter gepumpt. Die Energie wird später wiedergewonnen, indem das Wasser durch eine Turbine, die es wieder in Elektrizität umwandelt, wieder abfließt. Wirkungsgrade von 90% in jede Richtung sind möglich.
Pump-Hydro ist mit Abstand die am weitesten verbreitete Form der Energiespeicherung und macht 99% der Gesamtmenge aus. Weltweit können gepumpte Wasserkraftwerke 150-Gigawatt liefern, die meistens in Wasserkraftwerke an Flüssen integriert sind.
In einem Off-River-System zirkuliert dasselbe Wasser in einem geschlossenen Kreislauf zwischen den oberen und den unteren Stauseen, so dass die Anlage nicht mehr an einem Fluss gebaut werden muss. Die gespeicherte Energiemenge ist sowohl proportional zum Höhenunterschied zwischen dem oberen und dem unteren Reservoir (typischerweise zwischen 100 und 1000m) als auch zum Volumen des im oberen Reservoir gespeicherten Wassers.
Stromspeichersysteme müssen in der Lage sein, für einige Stunden eine sofortige Leistungsabgabe zu liefern. Dies deckt kurzfristige Schwankungen der Wind- und Solarleistung, Spitzen der Verbrauchernachfrage (z. B. sehr heiße Sommernachmittage) und ungeplante Ausfälle der Erzeugungs- und Übertragungsinfrastruktur ab. Die Verwendung von gespeicherter Energie hilft auch, Stromleitungen von Wind- und Solaranlagen länger in Betrieb zu halten.
Von den verfügbaren Stromspeichermöglichkeiten wie Batterien und Schwungrädern ist gepumpter Wasserkraftstoff bei weitem der billigste. Es hat keine Standby-Verluste, während das Wasser im Reservoir wartet, und kann in 30-Sekunden die volle Leistung erreichen.
Zeit, um den Fluss zu verlassen
Für Australien besteht aufgrund von Umwelt- und anderen Einschränkungen wenig Gelegenheit, Wasserkraft auf dem Fluss zu entwickeln. Es gibt jedoch große Möglichkeiten für die kurzfristige Speicherung von Energie außerhalb des Flusses. Ein typischer Standort würde ein Paar kleiner Reservoirs umfassen, die durch ein Rohr miteinander verbunden sind, durch das täglich Wasser geführt wird, zusammen mit einer Pumpe und einer Turbine, einem Kraftwerk und Stromleitungen.
Australien verfügt über Tausende von hervorragenden potenziellen Standorten in hügeligen Gebieten außerhalb von Schutzgebieten mit typischen Höhenunterschieden von 750 m. Sie müssen nicht in der Nähe eines Wind- oder Solarparks sein.
Die Speicherung von Strom außerhalb des Flusses hat gegenüber typischen On-River-Anlagen mehrere Vorteile:
- Es gibt weitaus mehr potenzielle Standorte
- Es können Standorte ausgewählt werden, die nicht mit Umwelt- und anderen Werten in Konflikt geraten
- Der obere Stausee kann auf einem Hügel anstatt in einem Tal platziert werden, wodurch der Höhenunterschied maximiert werden kann
- Es müssen keine Vorkehrungen für Überschwemmungen getroffen werden (normalerweise mit hohen Kosten).
Ein System, das aus zwei 10-Hektar-Reservoirs mit jeweils 30-Höhenunterschied (750) besteht, kann fünf Stunden lang 1,000-Megawatt liefern.
Zwischen 20 und 40 dieser Systeme würde ausreichen, um ein aus 100% australischem Stromsystem zu regenerieren.
Wie viel kostet es?
Da die Stauseen im Vergleich zu typischen Hydrobehältern winzig sind (nur wenige Hektar), sind sie nur ein kleiner Teil der Kosten. Der Großteil der Kosten entfällt auf die Leistungskomponenten (Rohre, Pumpen, Turbinen, Transformatoren und Getriebe). Nach ersten Schätzungen belaufen sich die Kosten eines Off-River-Systems an einem guten Standort auf etwa A $ 1,000 pro Kilowatt installierter Leistung.
Hier ist eine hypothetische Fallstudie. Eine 200 Megawatt-Solarkraftanlage liefert maximal die Hälfte ihrer Leistung in Echtzeit an das Netz und speichert den Rest für den Abend. Anstatt zur sonnigsten Tageszeit seinen Höchststand zu erreichen, erstreckt sich die Solarleistung von 8am bis 10pm (je nach Jahreszeit und Wolkenbedeckung), wobei die maximale Ausgangsleistung für das Netz und die Pumpe jeweils 90-Megawatt sind (nach Berücksichtigung von Verlusten) ). Das Reservoir kann nachts mit Windenergie aufgeladen werden, um die morgendliche Bedarfsspitze abzudecken.
Glättung der Gipfel: Wie Energiespeicher die Sonnenenergie bis in den Abend hinein halten können.
Die Stand-Alone-Kosten der Solarstromanlage und des kurzfristigen Hydro-Speichersystems betragen A $ 2,000 bzw. A $ 1,000 pro Kilowatt. Nach Berücksichtigung der Speicherverluste, die durch Einsparungen bei der Aufteilung der Transformator- und Übertragungskosten zwischen den beiden Systemen ausgeglichen wurden, und der Tatsache, dass die Speicherkapazität für Hydrospeicher die Hälfte der PV-Anlage ist, liegen die Gesamtkosten des Systems bei etwa A $ 2500 pro Kilowatt .
Mit anderen Worten, die Verwendung von gepumpten Hydrospeichern, um die Leistungsspitzen eines Solarkraftwerks auszugleichen, erhöht die Kosten zusätzlich um 25%. Das ist viel billiger als die Verwendung von Batterien.
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Verbringen Sie etwas Zeit mit einer Karte oder Google Earth und entdecken Sie Dutzende von hervorragenden potenziellen Standorten auf hügeligem Ackerland oder entlang vorhandener Stromleitungsrouten. Australien hat Tausende von Kandidatenstandorten in den meisten bewohnten Teilen des Landes.
So befasst sich beispielsweise die Tumut 3 Das Wasserkraftwerk verfügt über die größte Pumpspeicherkapazität Australiens (1500 Megawatt), eine Höhendifferenz von 151 m und einen großen See, der große Überschwemmungen bewältigen muss. In der Nähe könnte jedoch ein kleines Off-River-System errichtet werden, das aus zwei 13-Hektar großen Stauseen mit einem Höhenunterschied von 700 m besteht, die durch ein 5-km-Rohr verbunden sind, das eine Stromleitungsroute durchquert. Dieses System würde genug Wasser speichern, um 1,500-Megawatt für drei Stunden zu liefern, und würde viel weniger kosten.
Eine 5-km-Leitung zwischen zwei gepumpten Wasserspeicherseen (blaue Punkte) könnte die Leistung des Tumut 3-Kraftwerks von Snowy Hydro zu relativ geringen Kosten verbessern (Google Earth-Bild)
Über den Autor
Andrew Blakers ist Direktor des Zentrums für nachhaltige Energiesysteme und des ARC-Zentrums für Solare Energiesysteme an der Australian National University. Seine Forschungsinteressen liegen im Bereich der Solarenergiesysteme.
Dieser Artikel wurde mit verfasst Roger Fulton von Jacobs / SKM, der seit 1975 als Ingenieur und Projektleiter in der Wasserkraftindustrie tätig ist.
