Овца, которые долгое время работал специальным корреспондентом Афтершока в Америке, похоже, переехал в Фэнтези Ленд, ну или часто ездит туда в командировки. Об этом свидетельствуют его последние репортажи, в частности вот этот ВИЭ + батареи отнимают рынок у тепловых электростанций.

Репортаж довольно длинный поэтому привожу его в сокращенном виде:

Гномы подогнали партию солнечных панелей. Эльфы установили их на поляне и протерли их розовыми тряпочками. Рядом поставили волшебный пень от друида Илона нашего Маска. Говорят, он будет копить энергию. Рядом пасутся единороги. Над поляной летают веселые феечки и хихикают. Эльфы курят канабис, очень возбуждены и обещают давать электроэнергию с ценой по 4-5 центов за киловатт*час и на "некоторых" рынках конкурировать со станциями базовой загрузки.

Я ничего не попутал? Вроде как основные моменты пересказал точно?

Сегодня урок товарищу Овцу буду давать не я, а уважаемые товарищи Roger Andrews и Euan Mearns. В своей статье они разобрали проект Вальхалла: комплекс из солнечной электростанции и гидроаккумулирующей станции. Они покажут Овцу (и нам) реалистичность подобного проекта на нашей планете (там, где нет гномов, волшебных пней и эльфов, курящих канабис).

Roger Andrews: The Valhalla solar/pumped hydro project

Когда и если он будет построен, проект Вальхалла (пустыня Атакама, север Чили) будет состоять из солнечной станции мощностью 600 МВт и гидроаккумулирующей электростанции мощностью 300 МВт, которые, как утверждается, будут в совокупности обеспечивать непрерывную базовую нагрузку в Северном Чили. Если проект будет работать, как планировалось, он действительно обеспечит непрерывную базовую нагрузку, но только на уровне, обеспечивающем около 5% спроса на базовую загрузку в северной части Чили. Тем не менее, это была бы первая демонстрация того, что базовая мощность может быть получена на солнечной электростанции промышленного уровня. Реализация проекта в настоящее время приостановлена, так как требуемые финансы в размере 1,2 млрд. Долл. США пока не собраны

Проект Вальхалла будет подавать прерывистую генерацию с солнечной фотоэлектрической станции Cielos de Tarapacá мощностью 600 МВт на 300-мегаваттную гидротурбину Espejo de Tarapaca, для преобразования в базовую мощность.

Гидроаккумулирующая станция

Гидростанция Вальхалла часто заявляется как новая технология, потому что она использует море в качестве нижнего резервуара (другого варианта в пустыне Атакама не существует). Этому, однако, предшествовала гидроэлектростанция Янбару на Окинаве, Япония, станция мощностью 30 МВт, которая использовала море в качестве нижнего резервуара. Нет никаких подробностей о деятельности Янбару, которые были бы легко доступны, но станция работала в течение 17 лет в период с 1999 по 2016 год и фактически начала коммерческую эксплуатацию в 2003 году или около того. Целью Янбару было предоставление услуг по балансированию сети Окинавы (она была выведена из эксплуатации в 2016 году, из-за отсутствия спроса) вместо того, чтобы конвертировать большие объемы прерывистой солнечной энергии в базовую загрузку, но тот факт, что она работала так долго (и получила ряд наград), указывает на то, что гидроэнергетическая технология с морской водой может считаться, по крайней мере, частично доказано реализуемой.

На рисунке 1 показана базовая конструкция гидроэлектростанции. Один туннель соединяет верхний резервуар с морем, а турбины накачивают воду в гору днем ​​и снова сливают ее ночью. Верхний резервуар - естественная депрессия. И это объясняет выбор местонахождения станции.

Рисунок 1: Схема гидроэлектростанции, данные Hydroworld

Примечание переводчика: Депрессия (геология) Депрессия (лат. depressio — вдавливание, снижение) — в геоморфологии — понижение на земной поверхности независимо от его формы и происхождения

Подробные технические характеристики станции не опубликованы, но следующие данные перечислены в Экологическом отчете "Вальхалла 2015":

• Емкость: 300 МВт (три реверсивные турбины мощностью 100 МВт)
• Диаметр туннеля: 4,9 м
• Высота поверхности резервуара при заполнении: 608,5 м
• Постоянное хранение: 12 миллионов кубометров
• Базовый объем: 15 миллионов кубометров
• Нормальный объем работы: 25 миллионов кубометров
• Среднегодовая потребляемая энергия: 2,28 ГВтч / день
• Среднегодовая мощность: 1,75 ГВтч / день
• Инвестиции $ 385 млн ($ 1270 / кВт)

Не предоставлены оценки общей емкости хранилища, но расчет на основе 10 миллионов кубических метров морской воды (нормальный рабочий минус базовый объем), при 77% эффективности полного цикла (1,75 ГВтч, 2,28 ГВт-ч) и разницу в уровне воды 608,5 м дает 15,2 ГВтч. Это соответствует оценке Валхаллы «чуть более девяти дней» хранения, что дает 9 раз 1,75 ГВтч = 15,8, скажем, 16 ГВтч. В этом случае, однако, нельзя говорить о недостаточном объеме хранения, поскольку сезонные колебания в солнечной / гидрогенерации минимальны, а девять дней с нулевой солнечной генерацией в Атакаме были бы самым необычным явлением.

Солнечная станция

Поскольку условия в прибрежном Чили не идеальны для солнечной генерации (высокая влажность, морской туман), 600MW Солнечная станция Cielo de Tarapacá находится в 65 км от побережья на высоте около 1000 м. Стоимость оценивается в 900 млн. Долл. США, или 1500 долл. США / кВт

Рисунок 2: Карта расположения солнечной электростанции и гидроэлектростанции проекта Вальхалла

Солнечная станция будет подключена к гидростанции по линии электропередачи 220 кВ, которая также соединяется с сетью Чили, которая проходит между ними. Как показано на рисунке 3, проект предусматривает подавать до 300 МВт генерации солнечной станции на гидроэлектростанцию, а остальную часть – напрямую в сеть:

Рисунок 3: Солнечная и гидроэлектростанция, работа днем/ночью,
данные Вальхаллы

Вопрос, который возникает, заключается в том, сколько генерации солнечной станции идет на гидроэлектростанцию ​​и сколько в сеть? Бюллетень Coordinador Eléctrico Nacional 2016 года предоставляет графическую информацию, показанную на рисунке 4. Данные охватывают все солнечные фотоэлектрические станции, работающие на севере Чили в то время, большинство из которых, как и предлагаемая станция Вальхаллы, оборудованы одноосевыми системами слежения за солнцем. Генерация панелей, оборудованных системами слежения, намного ближе к квадратной волне, чем к синусоидальному выходу от неподвижных панелей:

Рисунок 4: Почасовая средняя солнечная генерация поквартально, солнечные станции на севере Чили

Предполагая, что «p.u» представляет собой генерацию, выраженную в виде доли установленной мощности солнечных станций, эти графики дают общий коэффициент мощности 34%. Это сопоставимо с информацией, содержащейся в других статьях Бюллетеня, в которой показано, что за тот же период коэффициент мощности составлял 33%, 32% и 37% для трех одноосных солнечных станций в этом районе (Позо Альмонте, Мария Елена и Джама). Солнечная станция Вальхаллы находится недалеко от Позо-Альмонте, но в области незначительно более высокой солнечной радиации, поэтому я предположил, что она будет иметь коэффициент мощности 34%.

Я применил данные на рисунке 4 с коэффициентом мощности 34% для солнечной станции Вальхалла мощностью 600 МВт и получил смоделированную среднесуточную солнечную энергию на квартальных графиках, показанных на рисунке 5. Генерация более 300 МВт превышает пропускную способность гидроэлектростанции и должна быть отправлена в сеть. Остальная часть пойдет на гидроэлектростанцию:

Рисунок 5: Имитированная почасовая солнечная генерация в квартал от солнечной станции Вальхалла, показывающая генерацию, отправленную в сеть и генерацию, отправленную на гидроэлектростанцию. Предполагается, что генерация будет одинаковой для всех дней в квартале.

Однако из-за потерь при преобразовании только 77% солнечной энергии, получаемой гидроэлектростанцией от солнечной станции, появится в качестве полезной энергии, а количество полезной энергии, которое появляется, показано синими областями на рисунке 6. Чтобы преобразовать эту энергии в равномерную базовую нагрузку, дневные излишки должны быть равны ночному дефициту, а уровень, на котором достигается баланс между ними, определяет базовую мощность, которую может поставить гидроэлектростанция. Согласно рис. 6 станция  будет способен постоянно генерировать ~ 100 МВт базовой мощности в течение всего года:

Рисунок 6: Имитированная почасовая генерация базой нагрузки в квартал от гидронасосной станции Вальхалла, показывающая генерацию, отправленную непосредственно в сеть и генерацию, отправленную в сеть из аккумулятора (обратите внимание, что энергия, подаваемая в сеть из аккумулятора по утрам, фактически происходит от генерации, произведенной накануне)

ДОБАВЛЕНИЕ: 30 декабря 2017 года

Хотя рисунки 5 и 6 являются правильными относительно допущений, которые я использовал, Euan Mearns показал в комментариях, что генерация базовой нагрузки может быть увеличена путем отправки части солнечной генерации непосредственно в сеть в качестве базовой нагрузки, а не путем ее проведения через гидроаккумулярующую станцию. Пересчет значений с использованием подхода Euan увеличивает базовую нагрузку с 106 до 191 МВт в первом квартале, с 94 до 156 МВт в Q2, с 97 до 152 МВт в третьем квартале и с 112 до 206 МВт в четвертом квартале. Спасибо, Euan за это.

 

В таблице 1 приведены численные данные:

Согласно этим результатам, 65% валовой генерации солнечной станции Вальхаллы отправятся на гидроэлектростанцию ​​и 35% в сеть. После учета потерь, от ГАЭС поступает 59% чистой генерации, а коэффициент эффективной мощности падает с 34% до 29%.

Однако возникает интересный вопрос, почему Вальхалла объединяет солнечную станцию мощностью 600 МВт с гидроэлектростанцией мощностью именно 300 МВт. Вероятно, проектировщики пришли к выводу, что вариант 600/300 МВт будет самым экономичным.

Вышеприведенный анализ предполагает, что энергия от солнечной станции Вальхаллы будет приоритетно отправляться ​​на гидроэлектростанцию, и все, что осталось, пойдет в сеть. В реальности, энергия будет отправляться туда, где она зарабатывает больше всего денег, что иногда может привести к отправке энергии напрямую в сеть, а не на гидроэлектростанцию.

Базовая генерация станции Вальхалла практически не меняется в зависимости от сезонов. Подтверждая, что, если вы хотите генерировать круглогодичную базовую нагрузку от солнца, то пустыня Атакама ваш идеальный выбор. Но генерация базовой нагрузки Вальхалла обеспечит лишь небольшую часть средней потребности севера Чили в базовой нагрузке (приблизительно 1900 МВт) и еще меньшую долю среднего нагрузке всего Чили (около 8 000 МВт). Утверждается, что все Чили можно обеспечить, покрыв только 0,5% пустыни Атакама солнечными панелями, и, может быть, это и возможно - с точки зрения валовой генерации. Однако потребуется примерно 80 насосных гидроэлектростанций подобных Вальхалла, чтобы сгладить прерывистость до того, как солнечная энергия может быть использована для обеспечения всего спроса на базовую нагрузку в Чили. При стоимости 385 миллионов долларов США за каждую, общая стоимость будет составлять порядка 30 миллиардов долларов США, более 10% годового ВВП Чили.

С другой стороны, если проект Вальхалла будет реализован так, как планируется, он преобразует большую часть прерывистой генерации солнечной фотоэлектрической станции в базовую нагрузку, что, я считаю, будет «впервые в мире». Это также ставит вопрос о том, может ли все электричество Чили в конечном итоге быть поставлено из пустыни Атакама –этот вопрос я сейчас изучаю. Однако подход, основанный на солнечной накачке, не может масштабно применяться за пределами Чили. Другие части мира, такие как Сахара, могут соперничать с Северным Чили с точки зрения солнечного потенциала, а у других есть пригодная прибрежная топография, необходимая для создания крупных гидроаккумулирующих станций, но за пределами Северной Чили практически не существует мест, где есть оба этих фактора одновременно.

Топография на гидронасосе Вальхаллы (рис. 1) на самом деле характерна для сотен километров береговой линии Северного Чили:

Рисунок 7: Скриншот Google Earth от побережья Северной Чили к югу от Икике. Вершина скалы находится на высоте +/- 1000 м, а долина за ней немного ниже.

На этом длинном участке береговой линии, вероятно, существуют многочисленные потенциальные гидроаккумулирующие станции, хотя не все из них будут иметь готовый резервуар наверху.

Что касается того, будет ли проект реализован, как планируется, мы, возможно, никогда не узнаем. Вальхалла имеет все разрешения и могла бы начать строительство в этом году, но уже 15 декабря, а они все еще изыскивают $ 1,2 млрд. И 1,2 миллиарда долларов - это много денег.

Далее мои замечания, которые зеленым друзьям, как обычно, лучше не читать: