Могут ли "водяные батареи" решить проблему хранения энергии?

Португальская установка призвана показать, что перекачивание воды в горах может стать частью энергетической системы, основанной на возобновляемых источниках энергии.

Металлический цилиндр весом 230 тонн издает гул, вращаясь со скоростью 600 оборотов в минуту, приводя в действие зарытый под землю насос. Эта установка позволила по-новому взглянуть на идею перекачки воды в гору.

Нет, это не пример невыполнимой задачи, а основа португальской электростанции, призванной показать, что перекачка воды на 7 км в гору может оказаться важной и коммерчески жизнеспособной частью энергетической системы, основанной на возобновляемых источниках энергии.

Построенная испанской компанией Iberdrola за 1,5 млрд евро в скалистой речной долине на севере Португалии, она известна как насосно-аккумулирующая электростанция или гидроаккумулирующая станция.

Но у инсайдеров есть и другое название для резервуара на вершине горы. Это "водяная батарея" - примитивная по своей концепции, хитроумно сконструированная и очень эффективная для хранения энергии.

Завод Tâmega забирает из сети избыток электроэнергии, в основном вырабатываемой ветром и солнцем, и использует ее для перекачки воды из нижнего резервуара в верхний.

Оглядывая спокойную сине-голубую водную гладь, Рафаэль Чакон Льоренте, руководитель проекта компании Iberdrola в этом комплексе, отметил: "Когда уровень воды находится на отметке 885 метров над уровнем моря, батарея полностью заряжена".

Затем в часы пик, когда энергосистеме требуется больше энергии, происходит переключение системы в обратный режим. Открываются ворота, и под действием силы тяжести миллионы литров воды ежеминутно устремляются обратно в туннель. Насос превращается в турбину и вращает металлический цилиндр в другую сторону, вырабатывая электроэнергию совершенно бесплатно.

Вырабатывается довольно много электроэнергии. Мощность турбины составляет 880 мегаватт, что примерно равно четверти мощности АЭС Hinkley Point C, которая станет крупнейшей атомной станцией в Великобритании.

Поскольку Tâmega может вырабатывать энергию в течение 24 часов, общий объем энергии, хранящейся в верхнем резервуаре, составляет 21 ГВт-ч. Этого достаточно, чтобы зарядить батареи 400 000 электромобилей или обеспечивать энергией 2,4 млн домов в Португалии в течение целого дня.

Такое хранение энергии является жизненно важным дополнением к растущей глобальной роли ветра и солнца в производстве электроэнергии без выбросов углекислого газа. Однако задача предприятий - найти подходящие условия для того, чтобы сделать новые проекты с использованием гидроаккумуляторов экономически привлекательными.

Проблема, которую решает насосная гидроэнергетика, заключается в изменчивости ветровой и солнечной энергии. Ведь солнце светит не всегда, а ветер не всегда дует.

С другой стороны, когда солнце палит, а ветер бушует, солнечные батареи и вращающиеся турбины производят гораздо больше электроэнергии, чем требуется в данный момент. Поскольку электросети не могут справиться с избытком, электроэнергию нужно где-то хранить, иначе она будет потеряна.

Потребность в хранилищах будет только расти по мере расширения использования возобновляемых источников энергии. В 2023 году Португалия получала 61 процент электроэнергии из возобновляемых источников, а к 2030 году планирует достичь 85 процентов. К этому же сроку Испания хочет достичь 81 процента.

На станциях, подобных Tâmega, излишки электроэнергии могут использоваться для "зарядки" водохранилища, часто в дневное время. Затем вечером, когда в домах включается свет и бытовая техника, насос переключается в режим турбины и вырабатывает электроэнергию.

Диего Диас Пилас, руководитель глобального отдела венчурных проектов и технологий компании Iberdrola, отметил, что химические батареи также могут сыграть свою роль в хранении энергии в сетях: Iberdrola планирует увеличить глобальную мощность своих аккумуляторных проектов до 3 ГВт-ч. Но их мощность меньше, чем у гидроаккумулирующих электростанций, как с точки зрения общей мощности, так и с точки зрения продолжительности выработки электроэнергии на полной мощности (от двух до четырех часов для литий-ионных батарей, по сравнению с целым днем на Tâmega).

"Когда у вас много солнечной энергии, она очень хорошо сочетается с батареями, потому что солнечная энергия вырабатывается в светлое время суток, а батареи можно использовать, когда солнце не светит", - говорит Диас Пилас. "Но когда у вас много ветра, а в Европе к 2030 году 50 процентов электроэнергии будет поступать от ветра, вам действительно нужно хранить огромное количество энергии".

Аккумулирующие установки существуют уже сто лет. Многие объекты, такие как станция Cruachan компании Drax в Шотландии, были построены в 1960-х годах для хранения излишков электроэнергии с атомных станций. Сегодня, по данным Международного энергетического агентства, на гидроаккумулирующие электростанции приходится более 90 процентов мирового объема хранения электроэнергии, причем большая их часть находится в США.

Но необходимо еще больше. В Испании и Португалии компания Iberdrola располагает 100 ГВт-ч существующих насосных хранилищ и еще 170 ГВт-ч находятся на стадии строительства или в процессе разработки. У Китая большие планы по строительству еще большего объема.

Построенные станции имеют длительный срок службы и становятся инструментами манипуляций ценами на электроэнергию. На станции Tâmega компания Iberdrola покупает электроэнергию для перекачки, когда она дешевая, а затем продает ее обратно, когда она дорогая. В понедельник в энергосистеме Португалии средняя цена составляла 54 евро за МВт-ч, а максимальная цена - почти 78 евро. "Вот как вы получаете прибыль", - говорит Диас Пилас.

Еще одним сторонником насосных хранилищ является Малкольм Тернбулл, бывший премьер-министр Австралии, который во время своего правления организовал реализацию государственного проекта Snowy 2.0, ставшего известным благодаря завышенным ценам, который должен быть завершен в 2028 году со стоимостью в 8 млрд долларов США.

"Все, у кого есть насосная гидроэлектростанция, так счастливы... Я уверен, что все они делают деньги", - заявил он в качестве главы Международной ассоциации гидроэнергетики. "Проблема заключается в стоимости строительства новых электростанций".

Требуются огромные капитальные затраты, а строительство может занять шесть лет и более. Iberdrola получила кредит в 650 млн евро от Европейского инвестиционного банка для строительства Tâmega. Разработчикам еще предстоит пройти сложные процедуры получения разрешений и столкнуться с жесткой оппозицией со стороны жителей и защитников окружающей среды в отношении планов по сносу домов и затоплению естественной среды обитания.

Именно поэтому Iberdrola заявила, что ей нужны дополнительные стимулы, и выгодой от разницы цен она не может ограничиться. Компании Tâmega, получившей от португальского правительства лицензию на эксплуатацию на 70 лет, стабильно выплачиваются платежи по "рынку мощности", которые выплачивает оператор энергосистемы в обмен на гарантированные поставки и другие услуги по поддержанию стабильности сети.

В Великобритании энергетические компании смотрят на это с завистью. Шотландия обладает широкими возможностями для использования гидроаккумуляторных станций для хранения электроэнергии, вырабатываемой ветром. Завод Drax в Круахане приносит прибыль, но в основном благодаря контрактам на поставку, заключенным в период высоких цен на электроэнергию.

Ян Киннэрд, директор по активам шотландской компании Drax, заявил, что нормативная база Великобритании недостаточно хороша для осуществления новых проектов, поскольку она не приспособлена к длительным срокам строительства насосных хранилищ. По его словам, необходимы реформы, чтобы "снять риск" с инвесторов при финансировании.

Диас Пилас из компании Iberdrola подчеркнул: "Нам не нужно ничего особенного... Нам просто нужно ускорить процесс получения разрешений и обеспечить стабильность нормативно-правовой базы. Забавно, что мы здесь говорим о технологии, которой почти 100 лет, но она так важна для будущего".