Im Jahr 1880 erzeugte eine wasserbetriebene Turbine den ersten Funken Strom. Es versorgte ein Theater und eine Ladenfassade in Grand Rapids, Michigan. 1893 war in Redlands, Kalifornien, das erste kommerzielle Wasserkraftwerk in Betrieb. Und nach Angaben des US-Energieministeriums (DOE) werden im Jahr 2022 Wasserkraft machte mehr als 28 % der gesamten erneuerbaren Stromerzeugung aus in den Vereinigten Staaten.
Es versteht sich von selbst, dass Wasserkraft nichts Neues ist. Tatsächlich haben die Beständigkeit, Flexibilität und Dispatchbarkeit der Wasserkraft (mehr dazu später) sie bereits zu einem unverzichtbaren Bestandteil des Stromnetzes gemacht – und für unseren Übergang zu sauberer Energie.
Das Virtuelle Insel zur Entdeckung erneuerbarer Energien (REDi).eine Bildungsressource, die vom Wasserkraftteam des National Renewable Energy Laboratory (NREL) und der Designagentur IKM 3D entwickelt und vom Water Power Technologies Office (WPTO) des DOE finanziert wurde. zeigt alle Arten von Meeresenergie- und Wasserkrafttechnologien in Aktion– Technologien, die hier bei NREL entwickelt und verfeinert werden.
Forscher am NREL arbeiten an der Optimierung des Wasserkraftbetriebs und untersuchen, wo neue Wasserkraftprojekte am besten platziert werden können, wie die Auswirkungen auf die Umwelt minimiert werden können und wie die Rolle der Wasserkraft im zukünftigen Netz am besten verstanden werden kann.
„REDi Island trägt dazu bei, komplexe Wasserkrafttechnologien zu vereinfachen“, sagte Jennifer Daw, eine leitende Wasserkraftforscherin am NREL. „Es hilft Benutzern zu verstehen, welche Rolle diese Technologien heute spielen und welches Potenzial sie haben, das Stromnetz auch in Zukunft zu unterstützen.“
Tauchen Sie in einige der Stationen von REDi Island ein, um sich ein klareres Bild von der Forschung zu machen, die NREL zu diesen Wasserkrafttechnologien leitet – und um die vielfältigen Karrierewege zu untersuchen, die Wasserkraft zu bieten hat.
Einen Weg für neue Pumpspeicherwasserkraft aufzeigen
REDi Island demonstriert, wie Pumpspeicherkraftwerke Energie erzeugen, indem sie Wasser durch eine Turbine bergab in ein tiefer gelegenes Reservoir leiten. Anschließend wird das Wasser wieder bergauf gepumpt und für die spätere Verwendung gespeichert. Illustration von IKM 3D
Ein großer Bereich der Wasserkraftforschung am NREL betrifft Pumpspeicherkraftwerke (PSH), wie sie auf REDi Island zu sehen sind Hydrohöhen. PSH stellt derzeit 93 % der Energiespeicher im Netzmaßstab der Vereinigten Staaten bereit. Die Systeme treten in Aktion, wenn Energie im Netz benötigt wird, indem sie über eine Reihe von Rohren Wasser von einem höher gelegenen Reservoir zu einem tiefer gelegenen Reservoir leiten und dabei stromerzeugende Turbinen drehen. Bei geringem Energiebedarf im Netz wird überschüssiger Strom genutzt, um Wasser zur späteren Verwendung zurück in das Oberbecken zu pumpen.
Aufgrund seiner einzigartigen Fähigkeit, Energie nach Bedarf zu erzeugen, könnte PSH ein wichtiger Akteur in einem sauberen Energienetz sein und Energiespeicher bereitstellen, die dazu beitragen können, zusätzliche erneuerbare Ressourcen wie Wind und Sonne in das Stromsystem zu integrieren. Aber die Entwicklung eines neuen PSH-Systems ist eine erhebliche Investition, die bestimmte geografische Merkmale zur Schaffung der oberen und unteren Reservoirs sowie ein Design erfordert, das die Energiespeicherung bei minimaler Umweltbelastung maximieren kann.
Das Interaktive Karte Das von NREL entwickelte Programm ermöglicht es Benutzern, potenzielle Pumpspeicherkraftwerksstandorte in den Vereinigten Staaten zu erkunden und dabei Variablen wie Kosten, Energiespeicherkapazität und Umweltauswirkungen auszuwählen
A neue interaktive Karte Die von NREL-Forschern erstellte Website erleichtert Entwicklern und anderen Entscheidungsträgern die Erkundung potenzieller PSH-Standorte.
Dieses Tool berücksichtigt nicht nur Umweltkriterien, sondern auch technische Details, wie z. B. die gewünschte Energieausbeute oder lokale Richtlinien im Zusammenhang mit der Nutzung erneuerbarer Energien.
„Die Absicht des Tools besteht darin, Standorte explizit zu identifizieren, die weniger Auswirkungen auf die Umwelt haben und niedrigere Kosten verursachen“, sagte Stuart Cohen, ein leitender Modellierungsingenieur im Wasserkraftteam von NREL, der an der Entwicklung des Tools beteiligt war.
Der Hydro Hollow-Stopp auf REDi Island zeigt, wie konventionelle Staudämme innerhalb eines Flusslaufs funktionieren, um bei Bedarf Strom im Netz zu erzeugen. Illustration von IKM 3DT
Die Einfachheit des Tools macht es nützlich für „jeden, der daran interessiert ist, PSH zu verstehen und wie es in das Raster passt“, sagte Cohen. „Wenn ein Entwickler versucht, für eine Website zu plädieren, und der Entscheidungsträger nicht über das entsprechende Fachwissen verfügt, kann er sich das Tool ansehen.“ (Ein kürzlich von Cohen geleitetes Webinar demonstriert die Fähigkeiten des Tools.)
Maximierung des Potenzials bestehender Wasserkraft
Vom riesigen Hoover-Staudamm bis hin zu kleineren Wasserkraftwerken im ganzen Land liefert konventionelle Wasserkraft seit mehr als einem Jahrhundert Strom ins Netz. Auf REDi Island, Hydro Hollow zeigt, wie konventionelle Wasserkraft bei Bedarf Wasser freisetzt, wenn Energie im Netz benötigt wird, und zwar basierend auf dem Höhenunterschied, der durch einen Damm oder eine Umleitungsstruktur erzeugt wird, und einem stetigen Wasserfluss flussaufwärts. Wasser fließt auf einer Seite und tritt an einer tieferen Stelle aus, wodurch eine Turbine gedreht wird, um Strom für das Netz zu erzeugen.
In einem Bericht aus dem Jahr 2022 heißt es: „Erweiterte Modellierung der Wasserkraft- und PSH-Kapazitätserweiterung„Cohen und sein NREL-Forscherkollege Matthew Mowers untersuchten unter anderem das wahre Potenzial von PSH und konventioneller Wasserkraft, wenn sie mit der größten Flexibilität betrieben werden. Unter „Flexibilität“ der Wasserkraft versteht man die Fähigkeit einer Anlage, die Stromproduktion entsprechend den Anforderungen des Netzes zu erhöhen oder zu verringern – unter Berücksichtigung anderer Einschränkungen wie Wasserflussanforderungen, Freizeitnutzung und andere Belastungen des Gewässers, die normalerweise Vorrang haben Stromerzeugung.
„Es besteht das Potenzial, dass flexible Wasserkraft einen größeren Beitrag zum Netz leistet als heute“, sagte Cohen und fügte hinzu, dass der Bericht als Motivation für Wasserkraftwerksbesitzer dienen sollte, Möglichkeiten zu prüfen, ihre Anlagen flexibler zu gestalten. „Der Zweck des Berichts bestand darin, zu zeigen, dass Wasserkraftbesitzer erhebliche Vorteile erzielen könnten, wenn sie ihren Betrieb noch ein wenig flexibler gestalten könnten.“ Diese Vorteile könnten große Gewinne für das Netz bedeuten, insbesondere da viele neue inländische PSH- und konventionelle Anlagen noch einige Jahre von der Entwicklung entfernt sind.
Die Optimierung dieser Flexibilität war eines der Hauptziele des In den USA hergestellter Preis für Wasserkraft-Betriebsoptimierung (H2Os).bei dem die Wettbewerber herausgefordert wurden, ausgefeilte Lösungen für die Schätzung der Wasserkraftverfügbarkeit und die Entwicklung optimaler Wassermanagementpraktiken zu entwickeln.
Der Preis, der von NREL verwaltet und von der WPTO finanziert wird, findet seinen Höhepunkt in einem persönlichen Wettbewerb bei der National Hydropower Association Clean Currents-Konferenz in Cincinnati, Ohio, diesen Oktober. Die Teams kämpfen nicht nur um einen Anteil am Preispool von 85.000 US-Dollar, sondern können ihre Strategien auch mit den an der Konferenz teilnehmenden Versorgungsunternehmen und Netzbetreibern teilen.
NREL-Forscher suchen nach Möglichkeiten, das Energiepotenzial bestehender konventioneller Staudämme im ganzen Land zu steigern. Foto von Brent Olson, WPTOs Make a Splash-Wettbewerb
Bald auf REDi Island erhältlich
REDi Island wird schließlich 15 verschiedene Stationen umfassen (wie Hydro Heights und Hydro Hollow), die verschiedene Arten von Wasserkraft- und Meeresenergietechnologien erklären und demonstrieren. Ebenfalls in Planung: eine interaktive App, ideal für den Unterricht, mit der Benutzer virtuell von einer Station auf der Insel zur anderen springen können, um schnell mehr über die einzelnen Technologien zu erfahren.
REDi Island ist nur ein Teil der Aufklärungs- und Aufklärungsbemühungen von NREL und WPTO im Bereich Wasserkraft, die darauf abzielen, das Profil der Wasserkraft zu schärfen, Möglichkeiten aufzuzeigen, wie das Labor an deren Optimierung arbeitet, und zukünftige Generationen zu ermutigen, eine Karriere im Bereich erneuerbare Energien anzustreben. Durch diese Aktivitäten hoffen NREL und WPTO sicherzustellen, dass die Zukunft der Wasserkraft und Meeresenergie robust und nachhaltig bleibt.
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Von Tiffany Plate. Mit freundlicher Genehmigung von NREL.
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