Pumpspeicherkraftwerk – Das Auf und Ab des Wassers

Eine andere Form der Wasserkraft, die es seit vielen Jahren gibt, ist der Pumpspeicher, auch bekannt als “Pumpspeicher”. Wir wissen, dass unter den heute verfügbaren erneuerbaren Energiequellen die Wasserkraft eine der begehrtesten für die Stromerzeugung ist, da sie eines der erfolgreichsten und am weitesten verbreiteten Systeme mit einer guten und sicheren Erfolgsbilanz ist.

Die Nutzung der gespeicherten potentiellen und kinetischen Energie des Wassers als Energie- und Kraftquelle ist seit Jahrtausenden bekannt. Wassermühlen verwenden riesige Wasserräder, um Körner und Mais zu mahlen oder zu mahlen, um Mehl herzustellen. Heutzutage verwenden große Wasserkraftwerke Pumpspeichertechniken, um die Energie des Wassers in Strom umzuwandeln.

Pumpspeichersystem

Wasserkraft ist der Begriff, der verwendet wird, um jede elektrische Energiequelle zu beschreiben, die durch die im Wasser enthaltene Energie erzeugt wird, aber das ist sie allgemeiner verwendet, um sich auf die von Staudämmen erzeugte Elektrizität zu beziehen.

Diese Staudämme speichern die potenzielle Energie des Wassers hinter riesigen Betonwänden und nutzen die kinetische Energie, die im fließenden Wasser enthalten ist, sobald es freigesetzt wird, um es mithilfe von Wasserturbinen in mechanische Energie umzuwandeln. Diese Turbinen treiben elektrische Generatoren an, die die mechanische Energie einer rotierenden Welle mithilfe von Generatoren in elektrische Energie umwandeln, die dann über ein Netz aus Stromnetzen und Kabeln an Tausende oder sogar Millionen Haushalte verteilt wird.

Das Aufstauen eines Flusses und die Schaffung eines Stausees hinter der Staumauer machen den Wasserfluss durch die Turbinen das ganze Jahr über berechenbarer und zuverlässiger. Der Damm hebt auch lokal das Niveau der Wasseroberfläche an, wodurch die potenzielle Energie erhöht wird, die in elektrische Energie umgewandelt werden kann, indem die Fallhöhe erhöht wird.

Beachten Sie, dass der Begriff „Kopf“ bezieht sich auf den Höhenunterschied zwischen der Quelle des Wassers und dem Punkt, an dem ihm Energie entzogen wird, und unter der Annahme, dass alle Dinge gleich sind, je höher die Fallhöhe, desto mehr Energie wird erzeugt.

Arten von Wasserkraftwerken

Stauwasserkraftwerke und Wasserkraftwerke verwenden Dammstrukturen, um Wasser zu speichern. Die Nutzung der Wasserkraft in konventionellen Kraftwerken hängt von der Fallhöhe und dem Massenstrom des Wasserstroms ab. Wenn das Wasser aus dem Reservoir freigesetzt wird, wird der Fluss durch Schleusentore und Schaufeln gesteuert, um eine konstante Ausgangsleistung aufrechtzuerhalten.

Während diese Art der Energieerzeugung seit vielen Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt wird, besteht einer der Nachteile herkömmlicher Wasserkraftdämme und -systeme darin, dass die Wasserkraft vom Wasserkreislauf der Natur abhängt.

Hier ist Wasser im Form von Regen oder schmelzendem Schnee wird verwendet, um den Stausee zu füllen, der dann die Turbinen der Wasserkraftwerke antreibt. Dies ist jedoch ein One-Hit-Deal, da das zur Stromerzeugung durch die Turbinen freigesetzte Wasser stromabwärts abfließt. Dies führt dazu, dass der Wasserspiegel des Stausees hinter dem Damm sinkt, bis Mutter Natur mehr Regen und Schnee erzeugt, um ihn wieder aufzufüllen.

Bei schwankendem Strombedarf kann die vom Damm freigesetzte Wassermenge auch den Wasserstand und die Wassermenge in den Flüssen stromabwärts beeinflussen, da in Zeiten mit hohem Bedarf viel Wasser und in Zeiten mit geringem Bedarf weniger Wasser freigesetzt werden kann. Dann gibt es einen zunehmenden Bedarf an Energiespeicherung in großen Mengen, um die Zeiten mit hohem Bedarf zu ergänzen, um einen konstanten Durchfluss des Flusses stromabwärts aufrechtzuerhalten. Dies kann mit Pumpspeicherung erreicht werden.

Grundlagen der Pumpspeicherung

Pumpspeicherkraftwerke sind eine erweiterte Version eines konventionellen Wasserkraftsystems. Das Wasserkraftwerk besteht aus zwei Stauseen, die in unterschiedlichen Höhenlagen errichtet wurden. Einer befindet sich auf einer höheren Höhe als der andere. Zum Beispiel eines in einem tiefer gelegenen Tal und eines höher in den Bergen.

An manchen Orten kann dies auf natürliche Weise geschehen, während an anderen ein oder beide Wasserreservoirs von Menschenhand geschaffen wurden. Das obere Reservoir funktioniert, wenn es voll ist, genauso wie das Reservoir in einem Staudamm-Wasserkraftwerk.

In Zeiten mit elektrischem Bedarf wird das gespeicherte Wasser aus dem höher gelegenen Reservoir freigesetzt (Erzeugungsmodus), wobei die durch seine Entladung durch Wasserstraßen, Rohre und Turbinen erzeugte kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Der Unterschied besteht diesmal darin, dass das Wasser, das die Anlage verlässt, nicht in den Fluss flussabwärts fließt, sondern in einem unteren Reservoir für die spätere Verwendung gespeichert wird, anstatt wieder in den Fluss zu gelangen.

Nach Abschluss der Stromerzeugung, was in der Regel tagsüber oder bei höchstem Bedarf an elektrischer Energie der Fall ist, wird dasselbe nun im Unterbecken gespeicherte Wasser wieder bergauf zur Speicherung in das Oberbecken gepumpt (Pumpbetrieb).

Im Allgemeinen wird dies mit einer einzelnen reversiblen Turbine wie der "Francis-Turbine" die auch bei Drehrichtungsumkehr weiter arbeitet. Der zum Antrieb der Turbinenpumpe verwendete Motor wird mit herkömmlichem Strom aus dem öffentlichen Stromnetz betrieben. Dieser Pumpvorgang findet normalerweise über Nacht statt, wenn der Strombedarf und die Kosten für elektrische Energie am niedrigsten sind.

Dann können wir sehen, dass das gleiche Wasser aus einem niedrigeren Vorratsbehälter hochgepumpt und dann aus einem höheren Behälter nach unten freigesetzt wird, um Strom zu erzeugen, und dies ist das Grundprinzip der Pumpspeicherung. Der Vorteil von Pumpspeicherkraftwerken besteht darin, dass dem Kraftwerk mehr Wasser zur Stromerzeugung zur Verfügung steht, da das System wie eine riesige Batterie zur Wasserspeicherung wirkt.

In einem herkömmlichen Wasserkraftwerk eine beträchtliche Menge Wasser wird benötigt, um die Wasserturbinen zu drehen. Allerdings ist ein Pumpspeichersystem ein System mit geschlossenem Kreislauf, sodass die Wasserverluste relativ gering sind, da das gleiche Wasser ständig wiederverwendet wird.

Sobald die beiden Reservoirs gefüllt sind, ist nur Nachfüllen von Wasser erforderlich. Ein typisches System kann während dieses Erzeugungs- und Pumpzyklus bis zu 20 % seiner Energie verlieren, aber das ist immer noch besser als ein 100 %iger Verlust, der auftritt, wenn das Wasser einfach stromabwärts abfließen kann.

Pumpspeicherkraftwerke sind reversible Turbinen-Generator- oder Motorpumpensysteme, die normalerweise als Energiespitzen- und Energiespeichersysteme verwendet werden, da sie eine wertvolle Stromreserve bieten, wenn die Verbrauchernachfrage unerwartet steigt, da Pumpspeicherkraftwerke wie andere Wasserkraftwerke auf Last reagieren können ändert sich innerhalb von Sekunden. Einmal eingerichtet, ist nur wenig Nachschub des Systems erforderlich, nur der Höhenunterschied zwischen dem oberen und dem unteren Reservoir, um einen Fluss aufrechtzuerhalten.

Vor- und Nachteile von Pumpspeicherkraftwerken

Einer der Hauptvorteile der Wasserkraft besteht darin, dass sie erneuerbar ist und während des Betriebs keine Luftverschmutzung erzeugt, was unsere Abhängigkeit von teurem Öl reduziert, um den Spitzenenergiebedarf zu decken. Es hat auch relativ niedrige Betriebs- und Wartungskosten.

Eine weitere positive Eigenschaft von Hydrospeicheranlagen ist, dass sie dort eingesetzt werden können, wo wenig natürliches Wasser zur Verfügung steht. Außerdem könnten die oberen oder unteren Dämme und Stauseen, die das resultierende Wasser halten, als Erholungseinrichtungen genutzt werden, wenn ihre Wasserstände als Reaktion auf die Erzeugung oder das Pumpen nicht schnell oder zu stark ansteigen oder abfallen.

Aber Wasserkraft- und Pumpspeicherprojekte können enorme Auswirkungen auf die umliegende Umwelt haben, da sie viele Landressourcen benötigen. Bei konventionellen Wasserkraftprojekten wird normalerweise ein Damm gebaut, um ein großes Wasserreservoir zu schaffen, das für die Stromerzeugung über lange Zeiträume benötigt wird, sodass der Bau eines Wasserkraftdamms das Ökosystem schädigen und die Bevölkerung in der Umgebung eines Wasserkraftprojekts beeinträchtigen kann.

Während des Betriebs gibt es nur geringfügige Änderungen an den Flüssen und dem Ökosystem stromabwärts der beiden Staudämme, und um die Umweltauswirkungen dieser Staudämme weiter zu minimieren, können Pumpspeicherkraftwerke auch unterirdische Stauseen und stillgelegte Gruben als untere Dämme oder die Nutzung von nutzen gepumptes Meerwasser, um die Energie zu speichern, ähnlich wie in einem Gezeitenstauwerk oder einer Gezeitenlagune.

Zu den Nachteilen der Pumpwasserkrafterzeugung gehören jedoch hohe Anfangsinvestitionskosten und potenzielle standortspezifische negative Auswirkungen auf die Umwelt und die Ökologie sowie die Tatsache, dass die elektrische Energie, die zum Zurückpumpen des Wassers auf den Berg verwendet wird, möglicherweise aus anderen Energiequellen stammen könnte, z Atom-, Kohlekraftwerke, deren Leistung nicht an Lastschwankungen angepasst werden kann.

Einerseits wäre es möglich, das Wasser mit Hilfe eines Überschusses an Strom in das Oberbecken zu pumpen Strom, der aus Windenergie und anderen solchen erneuerbaren Energiesystemen erzeugt wird, obwohl die Windturbinen und das Pumpspeicherkraftwerk nicht notwendigerweise am selben Standort installiert sein müssen. Durch die Verwendung von Rohrleitungen und die geologischen Besonderheiten der Landschaft können die oberen und unteren Reservoirs eines Pumpspeicherkraftwerks viele Kilometer voneinander entfernt sein.

Wasserkraft ist eine sehr flexible Methode der Stromerzeugung und Pumpspeicherkraftwerke ergänzen sich zu dieser Flexibilität durch die Nutzung und Speicherung großer Energiemengen. Mit den heutigen hochmodernen Turbinen-Pumpen sind Pumpspeicherkraftwerke eine interessante Option für größere Anwendungen der Energiespeicherung, die eine Möglichkeit bieten, große Mengen elektrischer Energie in Form von potentieller Energie zu speichern und Wasser als Brennstoff zu nutzen der höchsten Zykluseffizienzen aller Energiespeicherprozesse.