В последние несколько лет лето в США выглядело немного апокалиптически. Лесные пожары бушевали на западном побережье. Наводнение украло дома. В июле 2021 года был зафиксирован самый жаркий месяц на Земле, и энергосети мерцали, вызывая массовые отключения электроэнергии, отключающие кондиционеры, очистители воздуха и кислородные установки. Такие сбои в подаче электроэнергии представляют новый, потенциально смертельный риск для людей во всем мире, где происходит потепление.
Но может помочь то, что называется гидроаккумулирующей электростанцией . Созданные путем соединения двух резервуаров, один из которых находится на большей высоте, чем другой, эти установки качают воду вверх по склону, сохраняя ее в верхнем резервуаре, прежде чем выпускать ее вниз через турбину, которая вращает генератор и перекачивает энергию обратно в сеть. Эти системы уже обеспечивают 93% хранения энергии в масштабе энергосистемы США ; а в сегодняшнем более жарком и изменчивом климате они могут пополнять электроэнергию во время отключений электроэнергии, вызванных волнами тепла, ураганами или кибератаками, и поддерживать подачу возобновляемой энергии, когда солнце садится и ветер не дует. Короче говоря, они делают энергосистему более устойчивой.
Итак, может ли ваш город или город вскоре использовать одно из этих средств? Сложно сказать.
До сих пор существовало мало данных о том, где в Соединенных Штатах могут быть построены гидроаккумулирующие электростанции. И, несмотря на то, что устойчивая энергия гидроэнергетики уже дополняет другие возобновляемые источники энергии , неясно, как она будет поддерживать будущую сеть чистой энергии, которая будет работать на большом количестве энергии ветра и солнечной энергии.
Теперь два новых отчета исследователей из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) помогают заполнить оба пробела в данных. В первом исследовании определяются объекты в США, которые могут поддерживать гидроаккумулирующие электростанции, а также их стоимость и количество энергии, которые они могут производить. Второй (который вскоре будет опубликован как технический отчет NREL) использует этот набор данных и дополнительные ресурсы для изучения того, как дешевая и гибкая энергия гидроэнергетики может поддерживать электросеть завтрашнего дня. Работа финансировалась Управлением гидроэнергетических технологий Министерства энергетики США и является частью инициативы Hydro Water Innovation for a Resilient Electricity System.
Где в мире мы можем построить гидроаккумулирующие электростанции?
Для этого есть карта.
Выбор места для установки ветряной турбины или солнечной панели относительно прост. Ветер сильный и устойчивый? Солнце светит чаще, чем нет? Если ответ да, этот сайт может работать. Установка гидроаккумулирующей электростанции немного сложнее. Вам нужно два больших озера, одно высоко над другим, для хранения энергии. И, чтобы построить более экологичные заводы, ни один из них не должен соединяться с рекой.
Найти сайты, поддерживающие эти объекты, сложно — по крайней мере, раньше.
«С помощью этой карты люди, живущие в Вайоминге, могут увеличить масштаб горного хребта и увидеть, где находятся лучшие места», — сказал Стюарт Коэн, инженер-модельер из NREL и соавтор обоих отчетов. «Никто не производит продукт с таким масштабом и детализацией для Соединенных Штатов».
В 2017 году Австралийский национальный университет разработал набор данных о потенциальных объектах гидроаккумулирующих гидроэлектростанций по всему миру, выявив около 616 000 потенциальных местоположений . Теперь Коэн вместе с группой исследователей адаптировал оригинальный университетский алгоритм для создания более подробных геопространственных данных о потенциальных участках в Соединенных Штатах.
Исследователям из Австралийского национального университета и NREL пришлось заранее принять некоторые технические решения. Каждое водохранилище, например, нуждается в плотине. И обе плотины могли иметь бесконечное количество потенциальных высот. «Вы можете себе представить, — сказал Коэн, — как эта проблема рассыпается, если у вас есть бесконечное количество вариантов».
Чтобы обуздать свой набор данных, исследователи NREL зафиксировали такие параметры, как высота плотины и продолжительность хранения, выбрав, например, 10-часовую продолжительность хранения энергии, потому что это имеет тенденцию быть более конкурентоспособным по стоимости (для сравнения, современные батареи обеспечивают около 4 часов энергии). хранилище). Используя свой геопространственный алгоритм , команда провела поиск в стране всех возможных мест, а затем сократила их до окончательного списка, в котором учитывались дополнительные технические, экологические и экономические соображения. Чтобы найти лучшее место, любой поклонник гидроэнергетики может затем отсортировать и отфильтровать эти участки по высоте напора (разница в высоте между двумя водохранилищами), энергоемкости и стоимости.
Хотя первый выпуск данных основан на этих фиксированных параметрах, вскоре Коэн и его команда планируют создать обновленную версию своей карты, которая даст пользователям больше контроля. «Мы хотим создать интерактивную карту, на которой вы можете включать и выключать флажки, чтобы выбирать между 12-часовым или 8-часовым хранением, 40-метровой или 60-метровой высотой плотины. Все, что люди хотят».
Затем, как только разработчик находит место, инструмент может оценить, сколько может стоить строительство его завода. Также основанная на оригинальной модели Австралийского национального университета, модель затрат NREL адаптирована к финансовым и экономическим условиям в Соединенных Штатах, поэтому разработчики могут оценить, строить ли свой завод (или нет).
Прогнозирование роли гидроэнергетики в системе экологически чистой энергии
По мере изменения климата гидроаккумулирующие электростанции могут обеспечить надежную резервную энергию. Но обычные гидроэлектростанции также могут как производить, так и хранить энергию, и они могут включаться и выключаться по мере необходимости, получая энергию из энергии, хранящейся в их резервуарах. Итак, как эти гибкие установки влияют на более чистое будущее?
«Мы не говорим о строительстве новых плотин Гувера», — сказал Коэн. Или любые новые плотины, если уж на то пошло. В Соединенных Штатах существующие гидроэлектростанции могли бы обеспечивать еще более гибкую и надежную электроэнергию, чем они уже делают. С некоторыми модификациями эти объекты могут быстро включаться в ответ на изменения в количестве или типе электроэнергии в сети, уравновешивая переменное потребление энергии, например, от ветряных турбин и солнечных панелей, или поставляя больше электроэнергии в зимние месяцы, когда те возобновляемые источники энергии имеют тенденцию к сокращению.
Чтобы проанализировать, как увеличение мощности гидроэнергетики может служить этой развивающейся энергосистеме, Коэн и его коллеги из NREL разработали новые возможности моделирования увеличения мощности, чтобы более точно представить роль гидроэнергетики в системах электроснабжения.
«На самом деле это может иметь большое значение, гораздо большее, чем я ожидал», — сказал Коэн. (В качестве бонуса данные с его карты гидроаккумулирующих гидроэлектростанций делают эти модели еще более точными).
Сегодняшний гидроэнергетический флот имеет достаточно плотин для производства до 80 гигаватт электроэнергии. «Более половины из них уже довольно гибкие», — сказал Коэн, имея в виду, что операторы могут легко добавить выработку электроэнергии к другим жизненно важным функциям флота, таким как управление водными ресурсами, ирригация или отдых.
«Что интересно, так это то, что вы позволяете остальному флоту стать более гибкими», — сказал Коэн. «Если это произойдет, эти объекты могут иметь большое значение для экономики и выбросов по всей стране».
Теги: вода, энергия
