Гранитный блок, полный энергии
ГЭС составляют основу стабильности энергосистемы Германии. Теперь революционный проект направлен на значительное увеличение их мощности.
Идея звучит фантастично: поднять искусственную гору с помощью давления воды и использовать силу воды, чтобы опустить ее, чтобы восстановить большую часть затраченной ранее энергии - своего рода гигантская батарея на водной основе, которую можно запитать с помощью солнечных батарей и зарядки от ветра. Как бы футуристично ни звучала эта технология, она может вскоре стать реальностью, если Эдуард Хайндл из Фуртвангенского университета и его коллеги добьются своего. «В течение следующих трех лет может быть построен первый демонстрационный образец и разработан небольшой прототип."
В целом, их система основана на принципе, которому уже несколько десятков лет, который уже реализован на некоторых электростанциях: гидроаккумулирующая электростанция. Например, в Шлухзее в Шварцвальде есть одна из таких систем, которые служат механизмом управления в энергосистеме. В периоды, когда электроэнергии вырабатывается много, а спроса мало, они закачивают воду в высокогорные резервуары: они преобразуют электрическую энергию в потенциальную. Если пик потребления приходится на другое время, вода снова сливается через систему трубопроводов и генераторов, а электричество подается в сеть. Они не производят излишков электроэнергии, а даже частично потребляют ее сами - поэтому гидроаккумулирующие электростанции могут эксплуатироваться только с потерями в КПД. Тем не менее, они играют важную роль, поскольку могут накапливать избыточную энергию и возвращать ее в сеть в периоды повышенного спроса.
Буфера в электросети
Однако этот процесс имеет некоторые недостатки: он может хранить только несколько гигаватт-часов энергии; Кроме того, в Германии имеется лишь несколько подходящих районов. И их потом тоже надо затопить - серьезное вмешательство в ландшафт. Все это призвано преодолеть идею Хайндля о системе накопления гидравлической потенциальной энергии и помочь альтернативным источникам энергии солнца и ветра совершить свой окончательный прорыв: до сих пор они часто производили максимальное количество электроэнергии, когда продажи не гарантировано, и наоборот.
Есть три основных региона в Германии, где наша технология в настоящее время может быть рассмотрена, поскольку кварц находится там в качестве породы-коллектора: Шварцвальд, вокруг Дрездена, где крупные карьеры часто заканчиваются гранитной породой, и Гарц», - объясняет профессор технологии из Фуртвангена, тесно сотрудничающий, в частности, с геологами из Технологического института Карлсруэ (KIT). Здесь из скалы можно выпилить соответственно большой гранитный цилиндр, который поднимается и опускается с помощью гидравлики: «Конечно, это не работает как лепнина, когда ты фрезеруешь все вокруг», - отвергает он чрезмерно буйные фантазии.
Сначала туннель пробуривается на один километр вглубь земли и направляется вокруг того, что позже станет цилиндром: позже он также будет использоваться для подачи воды. Затем инженеры просверливают отверстие через каждые 20 метров от поверхности до этого туннеля. Через эти отверстия они вводят в землю тросы пиления и снова поднимают их в соседнее отверстие. Затем они могут вырезать из скалы куски шириной 20 метров. Однако то, что кажется сложным, на самом деле почти не вызывает проблем, говорит Хайндль: «В общей сложности нам нужно удалить только три квадратных километра породы, что также означает, что общий объем относительно невелик, учитывая относительно небольшую толщину срезов. Да и сама технология давно отработана». Отверстия позже будут снабжены уплотнителями, чтобы вода не выплескивалась обратно вверх.
Проверенная технология пиления
Используя тот же метод проволочной пилы, техники также отрезали нижнюю часть цилиндра; все еще существующие соединительные паутины в скале отрываются, когда валун поднимается втекающей водой. «Для подъема цилиндра достаточно избыточного давления от 20 до 50 бар. Наши насосы достигают давления до 200 бар. В то же время они чрезвычайно эффективны, так что в итоге мы используем 80 процентов подаваемой энергии и преобразуем ее в электричество может», - считает исследователь. Тогда такой блок можно будет поднять на высоту 500 метров.
Чтобы вода не вырвалась из глубины потоком при резком падении давления, вступают в действие различные системы безопасности, Эдуард Хайндл развеивает опасения: «У нас есть различные задвижки и клапаны, которые предназначены для предотвращения неконтролируемого выхода воды. И даже если бы технология полностью вышла из строя, вытекло бы всего несколько сотен кубометров в секунду - это соответствует мощному горному потоку».
При максимальном использовании такая система накопления гидравлической потенциальной энергии может хранить около 13 гигаватт-часов энергии, если диаметр цилиндра составляет около 150 метров, а подвижная гора полностью выдвинута - это соответствует мощности электростанции Шлухзее.. Если увеличить радиус до 500 метров, можно будет получить даже более 1600 гигаватт-часов: именно столько валовой электроэнергии производится в Германии каждый день.
Два воспоминания на всю Германию
По расчетам Хайндла, всего двух гидроаккумулирующих электростанций этого типа было достаточно, чтобы сделать Федеративную Республику независимой от ископаемого топлива и в то же время без проблем снабжать ее солнечной и ветровой энергией. Один должен быть в горах Гарц, чтобы хранить энергию ветра с побережья, другой - в Шварцвальде, в окрестностях которого может производиться солнечная энергия в больших количествах. Это также сделало бы излишними некоторые дальние линии электропередач, которые в настоящее время отсутствуют, но которые в будущем будут использоваться для передачи электричества, избыточного производства энергии ветра на побережье, в городские центры на юге.
По расчетам, общие затраты на такую большую систему хранения составят около 400 миллионов евро или 24 цента за киловатт-час - значительно меньше, чем инвестиционные затраты на традиционные технологии: они составляют 20 евро за киловатт-час. По сравнению с обычными гидроаккумулирующими электростанциями природа также страдает меньше, так как ничего не приходится заливать, а растительность на цилиндре сохраняется. Если бы вода для подъемных работ поступала, например, из Боденского озера, то при максимальной мощности уровень озера опускался бы примерно на метр, что находится в пределах естественных колебаний уровня.
Однако человеческому глазу придется привыкнуть к тому, что гора поднимается и падает снова и снова. Однако когда дело доходит до его лекций, Хайндль обычно отвечает с энтузиазмом, а не со скептицизмом: «Мы уже получили запросы, можно ли купить участок земли наверху цилиндра для гостиницы. если бы мы увеличили его только на 50 метров в высоту, мы получили бы кратную вместимость Шлухзее. Эти высоты почти не нарушили бы ландшафт."