Ngày càng có nhiều nguồn năng lượng tái tạo được cắm vào lưới điện của Úc. Nam Úc, ví dụ, sẽ nhận được 40% điện năng từ gió và mặt trời một khi Trang trại gió Snowtown được hoàn thành vào cuối năm nay.
Nhưng nếu năng lượng tái tạo cuối cùng là chiếm lĩnh thị trường, chúng ta sẽ cần cách lưu trữ năng lượng để có thể sử dụng nó quanh đồng hồ. Tin tốt là dễ dàng lưu trữ năng lượng. Tất cả những gì bạn cần là hai hồ chứa nhỏ - một cao, một thấp - và cách bơm nước giữa chúng.
Kỹ thuật này, được gọi là lưu trữ năng lượng thủy điện bơm ngoài sông, có khả năng cung cấp khả năng lưu trữ năng lượng mà Úc cần để nắm bắt hoàn toàn năng lượng tái tạo. Nó cũng rẻ.
Bơm thủy lực hoạt động như thế nào
Khi có điện dư, nước được bơm qua đường ống hoặc đường hầm, đến bể chứa phía trên. Năng lượng sau đó được phục hồi bằng cách cho nước chảy ngược trở lại, thông qua một tuabin chuyển đổi nó thành điện năng. Hiệu quả của 90% theo mỗi hướng là có thể.
Bơm thủy lực cho đến nay là hình thức lưu trữ năng lượng được sử dụng rộng rãi nhất, chiếm tỷ lệ 99%. Trên toàn thế giới, lưu trữ thủy điện được bơm có thể cung cấp khoảng gigUMX 150, chủ yếu được tích hợp với các nhà máy thủy điện trên sông.
Trong một hệ thống ngoài khơi sông, một dòng nước lưu thông trong một vòng khép kín giữa các hồ chứa trên và dưới, loại bỏ sự cần thiết phải xây dựng cơ sở trên một dòng sông. Lượng năng lượng được lưu trữ tỷ lệ thuận với chênh lệch độ cao giữa các hồ chứa trên và dưới (thường là giữa 100 và 1000 m) và với lượng nước được lưu trữ trong hồ chứa trên.
Hệ thống lưu trữ điện cần có khả năng cung cấp năng lượng tức thời trong thời gian vài giờ. Điều này bao gồm các biến động ngắn hạn về sản lượng gió và mặt trời, đỉnh điểm về nhu cầu của người tiêu dùng (chẳng hạn như buổi chiều mùa hè rất nóng) và sự ngừng hoạt động ngoài dự kiến của cơ sở hạ tầng phát điện và truyền tải. Sử dụng năng lượng dự trữ cũng giúp giữ cho các đường dây điện từ các cơ sở năng lượng mặt trời và gió được sử dụng trong nhiều thời gian hơn.
Trong số các tùy chọn lưu trữ điện có sẵn, chẳng hạn như pin và bánh đà, bơm hydro là rẻ nhất. Nó không có tổn thất ở chế độ chờ trong khi nước chờ trong hồ chứa và có thể đạt toàn bộ sức mạnh trong 30 giây.
Thời gian đi ra sông
Có rất ít cơ hội để Úc phát triển thủy điện trên sông, vì những hạn chế về môi trường và các vấn đề khác. Nhưng, có rất nhiều cơ hội để lưu trữ năng lượng ngoài sông ngắn hạn. Một địa điểm điển hình sẽ bao gồm một cặp hồ chứa nhỏ được kết nối bằng một đường ống qua đó nước sẽ được đạp hàng ngày, cùng với một máy bơm và tuabin, nhà máy điện và đường dây điện.
Úc có hàng ngàn địa điểm tiềm năng tuyệt vời ở các khu vực đồi núi bên ngoài khu bảo tồn, với sự khác biệt về độ cao điển hình của 750 m. Họ không cần phải ở gần một trang trại gió hoặc mặt trời.
Lưu trữ điện ngoài sông có một số lợi thế so với các cơ sở trên sông điển hình:
- Có rất nhiều trang web tiềm năng hơn
- Các trang web có thể được chọn không xung đột với các giá trị môi trường và khác
- Hồ chứa phía trên có thể được đặt trên đỉnh đồi chứ không phải trong thung lũng, cho phép tối đa hóa chênh lệch độ cao
- Không có điều khoản cần phải được thực hiện cho lũ lụt (thường là một chi phí lớn).
Một hệ thống bao gồm hai hồ chứa 10 song sinh, mỗi độ sâu 30 m, với chênh lệch độ cao 750 m, có thể cung cấp khoảng megawram megUMX trong năm giờ.
Giữa 20 và 40 của các hệ thống này sẽ đủ để ổn định hệ thống điện Úc tái tạo 100%.
Học phí là bao nhiêu?
Vì các hồ chứa rất nhỏ (chỉ vài ha) so với các hồ chứa thủy điện thông thường, chúng là một thành phần nhỏ của chi phí. Hầu hết các chi phí là trong các thành phần năng lượng (đường ống, máy bơm, tua bin, máy biến áp và truyền tải). Các ước tính ban đầu cho thấy chi phí của một hệ thống ngoài sông tại một địa điểm tốt là khoảng A $ 1,000 cho mỗi kilowatt công suất lắp đặt.
Đây là một trường hợp nghiên cứu giả thuyết. Một nhà máy năng lượng mặt trời 200 megawatt cung cấp tối đa một nửa sản lượng điện của nó cho lưới điện trong thời gian thực và lưu trữ phần còn lại cho buổi tối. Bây giờ, thay vì đạt cực đại vào thời điểm nắng nhất trong ngày, sản lượng năng lượng mặt trời kéo dài từ 8am đến 10pm (tùy theo mùa và độ che phủ của mây), với công suất tối đa cho lưới và mỗi bơm là megUMX megawatt (sau khi cho phép thua lỗ ). Hồ chứa có thể được sạc lại vào ban đêm bằng cách sử dụng năng lượng gió để đáp ứng đỉnh nhu cầu buổi sáng.
Làm mịn các đỉnh núi: làm thế nào lưu trữ năng lượng có thể làm cho năng lượng mặt trời kéo dài vào buổi tối.
Chi phí độc lập của hệ thống năng lượng mặt trời và hệ thống lưu trữ thủy điện ngắn hạn lần lượt là A $ 2,000 và A $ 1,000 mỗi kilowatt. Sau khi tính toán tổn thất lưu trữ được cân bằng bằng cách tiết kiệm từ việc chia sẻ chi phí máy biến áp và truyền tải giữa hai hệ thống, và thực tế là xếp hạng lưu trữ thủy điện chỉ bằng một nửa so với hệ thống PV, khiến tổng chi phí hệ thống ở mức khoảng A $ 2500 mỗi kilowatt .
Nói cách khác, sử dụng bộ lưu trữ thủy lực được bơm để làm giảm các đỉnh đầu ra từ nhà máy điện mặt trời chỉ làm tăng thêm% 25 cho chi phí. Điều đó rẻ hơn nhiều so với việc sử dụng pin.
Location, Location, Location
Dành thời gian với bản đồ hoặc Google Earth và bạn có thể phát hiện ra hàng chục trang web tiềm năng tuyệt vời, trong vùng đất nông nghiệp đồi núi hoặc dọc theo các tuyến đường dây điện hiện có. Úc có hàng ngàn địa điểm ứng cử viên trên khắp hầu hết các khu vực có người ở.
Ví dụ, các Tumut 3 trạm thủy điện có công suất lưu trữ thủy lực được bơm lớn nhất của Úc (1500 megawatt), chênh lệch độ cao của 151 m và một hồ đáng kể phải đối phó với lũ lụt lớn. Nhưng một hệ thống ngoài sông nhỏ có thể được xây dựng gần đó, bao gồm các hồ chứa đôi 13 với độ cao chênh lệch 700 m, được kết nối bằng một đường ống 5 đi qua tuyến đường dây điện. Hệ thống này sẽ lưu trữ đủ nước để cung cấp megawatt 1,500 trong ba giờ và chi phí sẽ thấp hơn nhiều.
Một đường ống 5 km giữa hai hồ lưu trữ thủy lực được bơm (các chấm màu xanh) có thể cải thiện sản lượng của nhà máy điện Tumut 3 của Snowy Hydro, với chi phí khá khiêm tốn (ảnh Google Earth)
Giới thiệu về Tác giả
Andrew Blakers là Giám đốc Trung tâm Hệ thống năng lượng bền vững và Trung tâm ARC cho Hệ thống năng lượng mặt trời tại Đại học Quốc gia Úc. Lợi ích nghiên cứu của ông là trong lĩnh vực hệ thống năng lượng mặt trời.
Bài viết này được đồng tác giả bởi Roger Fulton từ Jacobs / SKM, người đã làm việc trong ngành thủy điện kể từ 1975 với tư cách là kỹ sư và quản lý dự án.
