Какви са възможните варианти за неограничено съхранение на енергия в Европа?

В повечето проучвания за 100 % възобновяема енергия в Европа не се обръща внимание на акумулирането на енергия чрез помпено-водни системи (ПАВЕЦ) поради следните погрешни причини: има малко места за ПАВЕЦ; необходими са повече язовири на реки; наводняват се големи площи земя; необходими са големи количества вода; има големи разходи за околната среда; капиталовите разходи за ПАВЕЦ са високи. Всички тези схващания са погрешни, обясняват двама автори, публикували свой анализ в PV magazine.

Поради северната си географска ширина Европа не разполага с достатъчно слънчева енергия през зимата. През зимата една декарбонизирана Европа ще разчита предимно на слънчева енергия, генерирана на юг, и на вятърна енергия на север. Необходимо е широкомащабно съхранение на енергия за дълъг период от време, за да може да се преодоляват дни или дори седмици с ниска наличност на слънчева и вятърна енергия.

За щастие, Европа разполага с неограничени количества евтина, готова за употреба, с ниско въздействие върху околната среда, с дълъг период на експлоатация, с помпено съхранение на енергия от водни помпи (ПАВЕЦ - pumped hydro energy storage PHES), което изисква малки количества земя и вода и не изисква нови язовири по реките.

Защо ПАВЕЦ?

PHES осигурява около 95 % от световното съхранение на енергия в гигаватчасове с дълъг период на действие (часове и дни). Батериите осигуряват краткосрочно съхранение (няколко часа) с голяма мощност. Заедно двете технологии – батерии и ПАВЕЦ могат да решат проблема със съхранението на енергия.

В световния атлас на помпените хидроцентрали са изброени 820 000 обекта в диапазона на размерите 2-5000 GWh с комбинирано съхранение на 86 милиона гигаватчаса енергия. Това се равнява на 2 трилиона батерии за електромобили.

Атласът включва първокласни обекти и обекти с по-ниско качество на инвестициите. Премиум ПАВЕЦ обектите се характеризират с голям напор (>500 м), язовирни стени с малък обем, къси напорни тунели, голям мащаб (>40 GWh) и голяма продължителност ( работа от над 100 часа).

В Европа има над 6000 първокласни ПАВЕЦ с общо съхранение на около 1100 тераватчаса, което е около 40 пъти повече от необходимото за напълно електрифицирана и декарбонизирана Европа. Съществуват и много обекти с по-ниско качество (класове А-Е).

Капиталовите разходи за висококачествено изграждане на помпено акумулиращи централи с дълъг срок на експлоатация са в диапазона 8-25 долара на kWh. Например ПАВЕЦ Snowy 2.0 в Австралия (клас АА) струва около 12 млрд. австралийски долара за 350 GWh енергия за съхранение и 2,2 GW мощност за съхранение (с продължителност 160 часа). Това съответства на 22 щ.д./кВтч, което е далеч по-ниско от батериите за система, която ще работи 100 години.

Чистият водород се разглежда като средство за съхранение на енергия за дълъг период от време. Това е възпрепятствано от ниската ефективност на обратния път електричество-водород-електричество и високата цена на електролизата.  За производството на химикали и синтетично авиационно гориво обаче са необходими големи количества чист водород, които могат ефективно да съхраняват енергия в себе си, категорични са авторите.

Неограничените ПАВЕЦ възможности

В повечето проучвания за 100 % възобновяема енергия в Европа не се обръща внимание на ПАВЕЦ поради следните (неверни) причини: има малко места за ПАВЕЦ; необходими са повече язовири по реките; наводняват се големи площи земя; необходими са големи количества вода; има големи екологични разходи; капиталовите разходи за ПАВЕЦ са високи. Всички тези схващания са погрешни.

Без нови язовири по реките: ПАВЕЦ традиционно се свързва с язовири по реките. Въпреки това повечето обекти са разположени далеч от реките по простата причина, че по-голямата част от ландшафта не е в близост до река.

Европа разполага с отличен потенциал за ПАВЕЦ в Норвегия, Алпите и на юг. В Северна Европа обаче липсват добри обекти. За щастие, преносът с високо напрежение позволява споделянето на енергия и съхранение в цяла Европа. Силните преносни мрежи изглаждат влиянието на местните климатични условия и по този начин намаляват изискванията за съхранение.

В Европа има над 150 GWh обекти на ПАВЕЦ, разположени извън националните паркове, които не изискват нови язовири на реките. Снимка: ISES

Нуждите от земя за ПАВЕЦ са много малки. На фигурата по-долу е показано синтетично изображение на обект с капацитет 5000 GWh с изскачащи информационни полета, съдържащи 26 елемента информация. Този единствен обект има достатъчно хранилище за 100 милиона напълно електрифицирани и декарбонизирани домакинства и е еквивалентен на 100 милиона батерии за електромобили. Пет такива обекта могат да осигурят цялото съхранение на енергия, от което се нуждае Европа.

Общата залята площ е 60 km2 (0,6 m2 на човек), което е 100 пъти по-малко от площта, заета от соларните паркове, които хранилището поддържа, и е 20 пъти по-малко от площта на паркинга, заета от 100 милиона превозни средства.

Капиталовите разходи за тази система възлизат на около 100 милиарда евро и представляват огромна местна икономическа възможност. Това се равнява само на 1000 евро на човек за 100-годишен период на съхранение.

Модел за изграждане на язовир с електропроизводство от 5000 GWh в Босна и Херцеговина. Снимка: ISES

Нуждите от вода за ПАВЕЦ са малки, тъй като една и съща вода преминава между резервоарите в продължение на 100 години. В сухите райони може да са необходими малки количества вода, за да се замени изпарението. Количеството вода, необходимо за първоначалното запълване и за заместване на изпарението, възлиза на няколко литра на човек на ден, което се равнява на 20 секунди сутрешен душ.

Въздействието върху околната среда на ПАВЕЦ е слабо поради липсата на нови язовири на значими реки, малките нужди от земя и вода, отсъствието на електрохимикали, дългия живот (100 години) и богатия избор на места извън реката (което позволява да се избегнат чувствителни места).

Хибридни енергийни системи

ПАВЕЦ е много по-евтина от батериите за съхранение на енергия (GWh). Въпреки това батериите са по-евтини от водните централи за съхранение на енергия (GW). Хибридните системи на ПАВЕЦ и батерии осигуряват много евтино съхранение на енергия и евтина мощност за съхранение, като позволяват на съхранението да се зарежда и докато цените на енергията са прекалено ниски.

Глобалният капацитет за слънчева и вятърна енергия се инсталира шест пъти по-бързо от всички останали, взети заедно. Електрификацията на транспорта, отоплението и промишлеността ще удвои или утрои търсенето на електроенергия. За щастие, слънчевата и вятърната енергия, ПАВЕЦ, батериите и преносът са налични в готов вид, за да се декарбонизира Европа на достъпна цена, смятат още авторите.

Проф. Рикардо Рютер (Федерален университет на Санта Катарина (Universidade Federal de Santa Catarina  UFSC) и проф. Андрю Блейкърс / Австралийски национален университет ANU.