Calculator pentru acumularea prin pompare

Cum funcționează calculatorul pentru acumularea prin pompare

O hidrocentrală cu acumulare prin pompare (CHEAP) este o baterie uriașă, reîncărcabilă, făcută din două lacuri aflate la înălțimi diferite. Când electricitatea e ieftină sau din belșug, pompele urcă apa în lacul de sus; când e nevoie de ea, apa coboară înapoi prin turbine. Ce se stochează este energia potențială gravitațională a apei, așa că volumul și diferența de nivel (căderea) contează în egală măsură.

Calculatorul pornește de la volumul util, căderea brută și caracteristicile mașinilor și determină:

• energia gravitațională ideală și electricitatea livrată efectiv după pierderile hidraulice, din turbină, generator și transformator;
• electricitatea necesară ca să pompezi apa înapoi sus și, de aici, randamentul dus-întors;
• orele de descărcare și de încărcare la puterea turbinelor și a pompelor, plus debitul;
• coborârea nivelului în lacul de sus și o comparație cu bazinele olimpice;
• venitul din arbitraj, amortizarea simplă și costul nivelat al stocării (LCOS), cu numărul de cicluri limitat la cât permit fizic timpii de încărcare și descărcare.

Formulele

ρ = 1.000 kg/m³, g = 9,81 m/s², V în m³, H în m, h_loss = pierderile hidraulice ca fracție din cădere (în fiecare sens).

Exemplu de calcul: o centrală de 300 MW cu 8 ore de stocare

Valorile implicite descriu un lac superior cu 2,5 milioane de m³ de apă utilă (1.000 de bazine olimpice), aflat cu 400 m deasupra lacului inferior, cu grupuri reversibile de 300 MW:

• energia stocată ideală: 1.000 × 9,81 × 2,5×10⁶ × 400 / 3,6×10⁹ ≈ 2.725 MWh;
• cu 3% pierderi hidraulice în fiecare sens, randament de 92% la turbină, 91% la pompă, 98,5% la motor-generator și 99,5% la transformator, centrala livrează 2.380 MWh și are nevoie de 3.150 MWh ca să se reumple, deci un randament dus-întors de circa 76%;
• asta înseamnă 7,9 ore la putere maximă și 10,5 ore de pompare; nivelul lacului superior de 40 de hectare scade cu circa 6 m, puțin față de cădere;
• fiecare metru cub valorează cam 0,95 kWh de electricitate livrată.

Dacă cumperi la 45 €/MWh și vinzi la 110 €/MWh, cu 300 de cicluri pe an, marja de arbitraj e de circa 36 de milioane de euro. La o investiție de 2.000 €/kW (600 de milioane de euro), amortizarea simplă e de aproximativ 19 ani, iar LCOS-ul cu tot cu energia de încărcare (circa 119 €/MWh) iese puțin peste prețul de vânzare. E normal. Centralele reale mai câștigă din plăți pentru capacitate și din servicii de sistem (rezerve, reglaj de frecvență, inerție, pornire fără sursă externă), pe care această analiză simplă de arbitraj nu le include.

Cum citești rezultatele

• Energia livrată pe ciclu este capacitatea utilă de stocare la punctul de racordare.
• Randamentul dus-întors: fiecare MWh livrat costă 1/RTE MWh de electricitate de încărcare. La un randament de 76%, diferența de preț trebuie să depășească circa 24% din prețul de vânzare doar ca să acopere pierderile.
• Durata de descărcare hotărăște ce servicii poate vinde centrala. Ciclurile zilnice cer 4–10 ore; mutarea energiei de la o săptămână la alta sau între sezoane cere mult mai mult.
• Coborârea nivelului: dacă nivelul apei scade mult față de cădere, la finalul descărcării căderea e mai mică, la fel și puterea și randamentul.
• LCOS față de costul doar al capitalului: diferența e ce plătești pentru energia cu care încarci centrala.

Valori tipice

Exemple cunoscute: Dinorwig (Regatul Unit, ~1,7 GW, ~9 GWh, cădere ~500 m), Goldisthal (Germania, ~1,06 GW, ~8,5 GWh, ~300 m) și Bath County (SUA, ~3 GW, una dintre cele mai mari din lume).

Sfaturi

• Căderea contează mai mult decât volumul. Dublarea căderii dublează energia la același baraj, același diametru de galerie și același volum de apă. De aceea amplasamentele cu cădere mare sunt mult mai ieftine pe MWh.
• Caută lacuri existente. Dacă folosești un lac existent sau o fostă carieră împreună cu un lac nou, scad costul și impactul asupra mediului.
• Dimensionează separat puterea și energia. Turbinele dau MW-ii, lacurile dau MWh-ii; de multe ori e ieftin să adaugi volum, comparativ cu a adăuga mașini.
• Grupurile cu turație variabilă pot regla puterea și în regim de pompare, așa că aduc mai mulți bani din servicii de sistem.
• Compară cu alte variante în calculatorul LCOE și transformă unitățile cu convertorul de unități de energie.

Limitări

Modelul folosește o singură cădere medie; în realitate, căderea variază pe măsură ce lacurile se umplu și se golesc. Evaporarea, infiltrațiile, debitele ecologice obligatorii, limitele de variație a puterii și opririle nu sunt modelate. Venitul acoperă doar arbitrajul de energie la o diferență de preț constantă, iar numărul de cicluri e limitat de timpii de încărcare și descărcare, nu de realitatea pieței; centralele reale fac rar un ciclu complet în fiecare zi. Investiția depinde foarte mult de amplasament și e dominată de galerii, baraje și geologie.

Metodă și ipoteze

Integrează acest calculator

Gratuit pentru bloguri, instalatori, școli și ONG-uri. Copiază codul de mai jos; se actualizează singur.