Saubere Stromversorgung
Veröffentlicht auf 24. August 2020 |
von Tina Casey
24. August 2020 durch Tina Casey
Bei aller Aufregung über die nächste große Sache mit Lithium-Ionen-Batterien ist die einfache Tatsache, dass einfaches altes Wasser das einzige große Energiespeichermedium mit langer Lebensdauer ist, das heute in den USA und in vielen anderen Teilen der Welt verfügbar ist. Die Herausforderung besteht darin, dass Wasserbatterien – auch Pumpkraft genannt – eine teure neue Infrastruktur benötigen, was ihre Anwendung einschränkt. Das könnte sich bald ändern, und es sieht so aus, als ob das US-Energieministerium entschlossen ist, der Veränderer zu sein.
Eine neue gepumpte Wasserkraft Der Durchbruch bei der Energiespeicherung nutzt einfaches altes Wasser, um mehr Wind- und Sonnenenergie ins Netz zu bringen (Bild über NREL).
Aber zuerst ein Wort über Nähte
Um einen Überblick darüber zu erhalten, wie gepumptes Wasserkraftwerk in das nationale Energieprofil passt, gehen wir zurück zur letzten Woche, als Der Atlantik veröffentlichte einen Bericht über die unglückselige Interconnections Seam Study des Energieministeriums unter dem Titel und Untertitel „Wie ein Plan zum Speichern des Stromversorgungssystems Verschwunden: Ein Bundeslabor hat einen Weg gefunden, das Stromnetz zu modernisieren, die Abhängigkeit von Kohle zu verringern und den Verbrauchern Milliarden zu sparen. Dann haben Trump-Beauftragte es blockiert. “
Die Nahtstudie war eine weitreichende, gemeinsame Anstrengung, die darauf abzielte, mehr Strom in den USA hin und her zu hüpfen, anstatt an einer „Naht“ hängen zu bleiben, die die Nation in zwei Netze aufteilt (Texas hat, was nicht überraschend ist, einen dritten Strom Gitter ganz für sich). Die Studie ist Teil der laufenden Modernisierungsbemühungen des Energieministeriums, die sich stark auf erneuerbare Energien und Energiespeicher auswirken.
Das atlantisch präsentierte die Geschichte der Seam-Studie als einen erfolgreichen Versuch, sauberen Strom zu blockieren. Wie auch immer, Naht oder keine Naht, mehr erneuerbare Energien haben es ins Netz geschafft, teilweise mit Unterstützung anderer F & E-Programme der Energieabteilung. Es gibt noch viel mehr, woher das kommt, und Energiespeicher werden in Zukunft eine größere Rolle spielen, wenn mehr Wind und Sonne an Bord kommen.
Langzeit-Energiespeicher billig
Dies bringt uns zu dem Bestreben der Energieabteilung, mehr und bessere Energiespeicher in Form von gepumpter Wasserkraft zu schaffen.
Für diejenigen von Ihnen, die neu im Thema sind, gepumpte Wasserkraft kann erneuerbare Energie nutzen, um Wasser von einem unteren Reservoir zu einem oberen Reservoir zu pumpen. Wenn das lokale Netz mehr Strom benötigt, erledigt die Schwerkraft den Rest. Wasser aus dem oberen Reservoir rutscht bergab, um Turbinen zu betreiben, und gelangt in das untere Reservoir.
Unter Berücksichtigung von Variablen wie Verdunstung, Abfluss und geplanten Freisetzungen ist ein Pump-Hydro-System mit geschlossenem Kreislauf auch eine gute Möglichkeit, Wasserressourcen zu recyceln. Der Hauptpunkt ist jedoch, dass ein Energiespeicher mit großer und langer Dauer unter dem Strich neue Clean Power-Projekte unterstützen kann.
Das klingt einfach genug, aber der Teufel steckt im Detail. In den USA sind bereits eine Reihe von Pumpspeicherkraftwerken in Betrieb (Pumpkraftwerke machen derzeit 95% der großen Energiespeicher mit langer Lebensdauer in den USA aus). Einige dieser Anlagen können aufgerüstet werden, um mehr Ökostrom zu produzieren. Der Bau neuer Pump-Hydro-Anlagen bedeutet jedoch den Bau von mehr Infrastruktur, und hier liegt der Engpass.
Standortauswahl und Kosten sind wichtige Hindernisse. Der Bau der unterirdischen Infrastruktur, die für konventionelle Pumpwasserkraftwerke erforderlich ist, ist ein kostspieliges, langwieriges und risikoreiches Unterfangen, und es gibt keinen einheitlichen Ansatz.
Die Energieabteilung hat Interessengruppen zusammengebracht, um das Problem aus verschiedenen Blickwinkeln anzugehen, einschließlich einer Initiative zur Standardisierung und Modularisierung des Pumpspeichers, um die Kosten zu senken und mehr Standorte für die Entwicklung zu erschließen.
Schau Ma, kein unterirdisches Kraftpaket
Eines der Projekte, die aus dem Fokus der Energieabteilung auf Energiespeicherung hervorgehen, ist ein neues Design für gepumpte Wasserturbinen von der Firma Obermeyer Hydro Inc..
Obermeyer arbeitet mit dem National Renewable Energy Laboratory und anderen Partnern im Rahmen einer Finanzierungsvereinbarung in Höhe von 1,8 Mio. USD zusammen und konzentriert sich darauf, die Kosten zu senken und die Zeit zu verkürzen, die für die Bereitstellung eines neuen Pumpwassersystems erforderlich ist (für diejenigen unter Ihnen, die zu Hause punkten, die Firma Microtunneling Inc. und Small Hydro Consulting arbeiten bei diesen Bemühungen zusammen.
„Der Schlüssel zu diesem neuen Design liegt darin, dass kein unterirdisches Kraftwerk erforderlich ist, was einer der kostspieligeren, riskanteren und umweltschädlicheren Aspekte des PSH-Baus (Pumpspeicher-Wasserkraft) ist“, erklärte NREL in einem neu veröffentlichten Artikel Website am vergangenen Wochenende.
Eine wirtschaftliche Analyse des neuen Entwurfs von Obermeyer zeigt, dass der Abbau des unterirdischen Kraftwerks zu einer Einsparung von 45% bei den Baukosten führen würde, was das Hauptmerkmal bei einer Reduzierung der Gesamtkosten für das Projekt um 33% ist.
„Das Team überprüfte auch die rechnergestützte Analyse der Fluiddynamik der Leistung der Pumpenturbine. Die prognostizierte Effizienz der Hin- und Rückfahrt macht diese Technologie im Bereich der Energiespeichertechnologie äußerst wettbewerbsfähig “, schwärmte NREL.
Skalierbarer, modularer Pumpspeicher für Wasserkraft: Wie funktioniert das?
Obermeyers Beitrag zur Sache beinhaltet ein neues Design der reversiblen Pumpenturbine. Bei der konventionellen Pumpwasserkonstruktion sind die Turbinen tief unter der Oberfläche in einem unterirdischen Kraftwerk vergraben. Die Obermeyer-Turbine benötigt nur eine schlanke, gut aussehende Struktur, die einen Großteil des mit dem konventionellen Kraftwerksbau verbundenen Risikos und der Kosten eliminiert.
Der gut aufbauende Ansatz löste diese Probleme, schuf jedoch ein anderes. Obermeyer musste eine viel kompaktere Pumpe entwickeln, die eine 180-Grad-Umkehrung des Wasserflusses durchführen konnte. Im Vergleich dazu müssen Turbinen in einem herkömmlichen Kraftwerk die Strömung nur um 90 Grad drücken.
Das Forschungs- und Entwicklungsteam erwartete einen Effizienzverlust durch zusätzliche Anstrengungen, erhielt jedoch eine angenehme Überraschung.
"Diese neuartige Anordnung erforderte einen koaxialen Diffusor, der unerwartet besser war als ein herkömmlicher Diffusor mit Spiralgehäuse und einen Netto-Effizienzbonus anstelle der erwarteten Effizienzstrafe erbrachte", bemerkte Henry Obermeyer, Präsident und Chefingenieur von Obermeyer Hydro.
Obermeyer nennt für sein Design folgende Vorteile:
„Tauchmaschinen sind kompakt und werkseitig montiert und getestet, wodurch die Arbeits- und Baukosten vor Ort gesenkt werden.
„Die Energiespeicherung in den Stromrichtern ermöglicht einen virtuellen sofortigen Übergang zwischen der Bereitstellung und Absorption von Energie aus dem Netz.
"Geologische Risiken und Einschränkungen werden reduziert, wodurch mehr potenzielle Standorte für eine wirtschaftliche Entwicklung geöffnet werden."
Das Team berücksichtigte auch Inspektion und Wartung. Die Turbinen können durch Wasserdruck angehoben werden, um oberirdische Arbeiten zu ermöglichen.
Der lange Dauerunterschied
Derzeit sind in den USA nur eine Handvoll Lithium-Ionen-Batterien im Versorgungsmaßstab in Betrieb, wobei die größte im Bereich von 30 Megawatt liegt. Das ist ziemlich gut, aber NREL setzt auf Pumped Hydro für größere Energiespeicherprojekte – bis zu 100 Megawatt.
In Anbetracht der Tatsache, dass nur ein Bruchteil der in den USA vorhandenen Staudämme zur Stromerzeugung verwendet wird, könnte ein wirtschaftliches Pumpwassersystem das Feld für Wind- und Solarentwickler weit öffnen.
Eine frühere Studie der Energieabteilung neckte Energiespeicherventilatoren mit dem Versprechen von eine signifikante Auswirkung im nationalen Stromnetz für Pumpwasserkraft, wenn nur das Endergebnis für den Bau neuer Anlagen gemacht werden könnte.
Die Studienprognose lief jedoch nur bis 2020. Mit Neuentwicklungen wie der Obermeyer-Turbine könnten die kommenden Jahre ganz anders aussehen.
Die Energieabteilung baut bereits einen Fall. Letztes Jahr hat es geklopft GE führt eine 18-monatige Studie durch über die Auswirkungen von Pumpspeicherkraft auf die Netzdurchdringung von Wind- und Sonnenenergie.
Die Ergebnisse sollten bald eintreffen, also bleiben Sie dran, um mehr darüber zu erfahren.
Wie für die NahtstudieEs schwebt immer noch auf der NREL-Website herum, damit alle es sehen können.
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Bild: „Obermeyers reversible Pumpenturbine ermöglicht die Bereitstellung von PSH-Projekten mit weniger erheblichen Kosten für Bau- und Ausrüstungskomponenten. Illustration mit freundlicher Genehmigung von Obermeyer Hydro Inc. ” über NREL.
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Über den Autor
Tina Casey ist spezialisiert auf militärische und unternehmerische Nachhaltigkeit, fortschrittliche Technologie, aufkommende Materialien, Biokraftstoffe sowie Wasser- und Abwasserprobleme. Die Artikel von Tina werden häufig auf Reuters, Scientific American und vielen anderen Websites veröffentlicht. Die geäußerten Ansichten sind ihre eigenen. Folgen Sie ihr auf Twitter @ TinaMCasey und Google+.