Vzkříšení přečerpávacích vodních elektráren

Přečerpávací vodní elektrárny původně určené ke spolupráci s jadernými elektrárnami jsou předělávány pro lepší součinnost se solárními a větrnými elektrárnami.

Ukládání energie čerpáním vody do vodních nádrží na vrcholech kopců je myšlenkou starou skoro jako samotná elektrizační soustava. Se zvyšujícím se podílem obnovitelných zdrojů s nestálou výrobou by tato technologie mohla zažít vzkříšení.

Japonsko by mohlo být jedním z lídrů, má největší počet přečerpávacích vodních elektráren (PVE) schopných ukládat a do soustavy vracet 26 GW výkonu. Tyto elektrárny jsou také technologickou špičkou, se soustrojími pracujícími s proměnnými otáčkami, které byly vyvinuty v roce 1990 a jsou jedinečně přizpůsobené k vyrovnávání výkonových změn v elektrizační soustavě.

Japonsko však není samotné. Kapacita PVE v Číně se od roku 2008 více než zdvojnásobila. Ve Spojených státech a v Evropě proměnná výroba elektřiny přispívá k nárůstu staveb PVE poprvé za několik desítek let.

Původní funkce – spolupráce s jadernou energií

Je ironií, že to co původně vedlo k instalacím PVE, byla nepružnost jaderné energie. Provoz jaderných elektráren je technicky a hlavně ekonomicky ideální pouze na plný výkon. PVE poté dokáží nadbytečný výkon generovaný přes noc akumulovat pro uspokojení poptávky ve špičce následujícího dne.

Japonské energetické společnosti zvolili instalaci čerpadel a turbín s proměnnými otáčkami, díky tomu pomáhaly PVE stabilizovat chod elektrizační soustavy. Zatímco jednorychlostní čerpadla a turbíny se točí synchronně s chodem soustavy, asynchronní motorgenerátory reverzních turbín dokáží otáčky přizpůsobit k vyvážení nabídky a poptávky a regulovat tak frekvenci soustavy.

Soustrojí se schopností operovat s různými otáčkami je větší a dražší, na druhou stranu snížilo potřebu uvádět do provozu japonské dieselové generátory a šetřit tak za draho dováženou ropu.

Nové poslání přečerpávacích elektráren

Po událostech ve Fukušimě mají PVE, které se vyznačují velmi rychlou schopností najetí do čerpadlového, či turbinového provozu, novou příležitost pro využití – řízení více než 10 GW solárního výkonu a výkonu z dalších z obnovitelných zdrojů, který byl uveden do provozu od zhroucení japonské jaderné energetiky v roce 2011.

Obavy z rostoucí nestálosti výroby elektrické energie v lednu přiměly Japonskou vládu, aby pro obnovitelné zdroje navrhla přísnější pravidla. Podle mezinárodních odborníků pro integraci obnovitelných zdrojů japonské energetické společnosti mohou čelit novým výzvám v řízení soustavy nasazením PVE k vyrovnání přebytků či nedostatků energie v síti.

„Podstatné množství přechodných jevů (náhlého zvýšení či snížení výroby elektrické energie) způsobených japonskými obnovitelnými zdroji může být řešeno přečerpávacími vodními elektrárnami,“ uvedl Per Christer Lund, hlavní konzultant singapurského Clean Technology Center.

Podle Lunda se zdá, že japonské vertikálně integrované energetické společnosti rezervují výkon PVE pro jejich tradiční a původní roli doplňovat jaderné elektrárny, jejichž výroba má být obnovena tento rok. Lund ale předpokládá, že přechod Japonska do roku 2020 k liberalizovanému trhu s elektřinou, který povede k tzv. unbundlingu, neboli oddělení výroby od distribuce, bude mít za následek flexibilnějšímu využívání PVE.

Překážky na liberalizovaných trzích

Zkušenosti s liberalizovanými trhy v Číně, Evropě a Spojených státech na druhou stranu říkají, že tyto trhy mohou vytvářet nové překážky pro rozšířené využívání PVE. Nové elektrárny sice mohou být mnohonásobně levnější než baterie – podle lednové studie Citybank až o 95 % za kWh. Ovšem většina trhů fungujících na bázi konkurence momentálně neplatí za podpůrné služby, jako je regulace frekvence, kterou nabízí pokročilé přečerpávací vodní elektrárny. Ning Zhang, expert na energetický systémy z univerzity Tsinghua v Pekingu, tvrdí, že nedostatek plateb za podpůrné služby vysvětluje, proč se Čína doposud vyhýbá vybavení svých PVE soustrojími s proměnnými otáčkami.

Liberalizované trhy také mohou přinést nepříjemná překvapení. V Evropě propad zisků představuje výzvu pro nové PVE, jako jsou ty, které se staví ve Švýcarsku. Jejich investoři plánují odkupovat elektřinu pro čerpání v době, kdy je levná a je jí přebytek a prodávat ji naopak ve špičce. V současné době ale naráží na problém snižujících se denních výkyvů velkoobchodní ceny elektřiny.

Vzkříšení technologie

Podle Scotta Flakea, ředitele pro výrobu energie společnosti SMUD v kalifornském Sacramentu, si nařízení pro omezení emisí skleníkových plynů vynutí využívání PVE. Právě SMUD plánuje výstavbu PVE Iowa Hill

v hodnotě 700 milionů amerických dolarů (více než 17 miliard korun), což je jedna z pouhých dvou PVE schválených federálními orgány po více než 20leté pauze.

Podle Flakea 400MW elektrárna se soustrojím schopným pracovat s proměnnými otáčkami převezme regulační úlohy, které měla doposud za úkol plynová elektrárna. Díky tomu se omezí emise skleníkových plynů vypouštěné do ovzduší a pro společnost bude snazší dosáhnout kalifornských limitů.

„Vidíme přečerpávací elektrárny jako způsob, jak poskytovat podpůrné služby v prostředí bez emisí CO2,“ tvrdí Flake.

Pařížský dodavatel energetických komponentů Alstom Power Systems mezitím vyvíjí nízkorizikovou možnost oživení PVE – upgrade stávajících elektráren. To v praxi znamená najít způsob, jak vtěsnat větší a těžší soustrojí pracující s proměnnými otáčkami do stávajících podzemních kaveren. V roce 2012 Evropská komise udělila konsorciu řízenému společností Alstom 13 milionů euro (asi 351 milionů korun), aby potvrdilo, že je takto možné předělat 36 let starou francouzskou PVE. Projekty by měl být dokončen do roku 2017.