محطة ضخ وتخزين الطاقة الكهرومائية: الفرق بين النسختين

تصفح التاريخ تفاعلياً

[نسخة منشورة]

→ التعديل السابق التعديل اللاحق ←

تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى

مرئينص الويكي

مضمن

نسخة 13:54، 4 ديسمبر 2022

محطة ضخ وتخزين في ماركرسباخ - الحوض العلوي

محطة ضخ وتخزين للطاقة الكهرومغناطيسية ، ، هي محطة طاقة تخزين تخزن الطاقة الكهربائية في شكل طاقة كامنة (طاقة كامنة) في خزان . يتم ضخ المياه من نهر أو من البحر إلى حوض كبير على هضبة عالية (نحو 120 إلى 300 متر ) . يملأ الخزان بواسطة مضخات كهربائية وتختزن فيه المياه بحيث يمكن استخدامها لاحقًا لتشغيل التوربينات لتوليد الكهرباء. في أوقات انخفاض الطلب ، تستخدم فائض الطاقة الكهربائية من شبكة الطاقة لتشغيل المضخات التي ترفع المياه في أنابيب ضخمة إلى البحيرة أ، و تطلق المياه وقت الاحتياج لتشغيل توربينات توليد الكهرباء مرة أخرى في الشبكة في أوقات الذروة . تعد محطات توليد الطاقة التي يتم تخزينها بالضخ هي التقنية السائدة لتخزين الطاقة الكهربائية على نطاق واسع. ويوجد منه محطات كثيرة في ألمانيا والنرويج وغيرها.

التاريخ

أسلاف ما قبل الصناعة

كان المبدأ الأساسي لتخزين المياه كـ "طاقة مختزنة" يستخدم بالفعل في المرحلة المتأخرة من العصر الشمسي-الزراعي - قبل بدء التصنيع مباشرة. طواحين الهواء التي كانت أكثر تقلبًا في الإنتاج من طواحين المياه ، تضخ المياه إلى خزان مرتفع ، والذي بدوره يغذي الطواحين المائية بشكل مستمر ؛ عملية كانت تستخدم في صناعة النسيج ، حيث كانت الحركة المنتظمة القابلة للتعديل بدقة للأنوال التي يتم تحريكها ميكانيكيًا مهمة بشكل خاص. ^[1] وقد أدى ذلك إلى زيادة القدرة التشغيلية للطاقة الكهرومائية ، والتي كانت ذات قيمة خاصة في ذلك الوقت ، وبالتالي تم استخدامها بكثافة ، عن طريق طاقة الرياح. كان الشرط الضروري هو الاحتياج إلى مكان عال ل لتخزين المياه .

أول محطة ضخ وتخزين الطاقة

تم تركيب أحد أقدم محطات التخزين بالضخ في جاتيكون على نهر السهل . باستخدام توربين Jonval . يضخ النظام مترًا مكعبًا واحدًا من الماء في الثانية في بركة الغابة الاصطناعية. عندما كان مستوى الماء في زيل منخفضًا ، يتم تصريف المياه من البركة وتغذيتها في محطة طاقة منخفضة الضغط الت تعمل على نهر ، مما أدى بشكل ميكانيكي إلى نقل عمليات نقل مصنع النسيج . كان المصنع يعمل من عام 1863 إلى عام 1911. عندما تم توصيل مصنع النسيج بشبكة الطاقة ، توقف الضخ ، وتمت إزالة أجزاء من المصنع فقط في الثمانينيات لإفساح المجال للتطورات السكنية. ^[2]

التطوير منذ عشرينيات القرن الماضي

على نطاق صغير ، تم تنفيذ محطات طاقة التخزين الحديثة التي يتم ضخها لأول مرة في عشرينيات القرن الماضي. كان آرثر كوبشن أحد المهندسين الألمان الرائدين في تكنولوجيا محطات توليد الطاقة ذات الضخ الكبير. تم تسمية محطة كوبشنفيرك PSW Koepchenwerk التابع لشركة RWE AG في هيرديكه في منطقة نهر الروهر بألمانيا. والتي دخلت حيز التشغيل في عام 1930 ، باسمه. يمكن العثور على ملخص في قائمة محطات توليد الطاقة التي يتم ضخها .

في الأصل ، كانت محطات توليد الطاقة التي يتم تخزينها بالضخ تُستخدم في المقام الأول لتوفير أحمال ذروة باهظة التكلفة على المدى القصير واستخدام أفضل لمحطات الطاقة ذات الحمل الأساسي مثل محطات الطاقة النووية أو محطات الطاقة التي تعمل بالليغنيت . هذه توفر طاقة ثابتة قدر الإمكان ، وبصرف النظر عن حالات الطوارئ مثل التخلص من الأحمال ، لا يمكن بدء تشغيلها وإغلاقها اقتصاديًا إلا في غضون ساعات أو أيام. في الوقت نفسه ، هناك تقلبات قوية في استهلاك الكهرباء على مدار اليوم والأسبوع ، والتي يجب دائمًا تغطيتها تمامًا. عرضت محطات توليد الطاقة بالضخ إمكانية ، z. في الليل أو في أوقات اليوم التي تكون فيها المبيعات ضعيفة ، يمكن تحويل حمولة الكهرباء الأساسية التي يتم تغذيتها إلى الشبكة ، والتي كانت متوفرة بأسعار منخفضة نسبيًا ، إلى كهرباء أغلى ثمناً وقابلة للبيع من أجل ذروة الطلب. يمكن أن يكون سعر البيع في هذا العمل مضاعفًا لسعر الشراء ، مما يجعل تشغيل محطات طاقة التخزين التي يتم ضخها مجديًا اقتصاديًا. كان من الواضح منذ البداية أن هذا النظام سيعمل تقنيًا ، لكن الفوائد الاقتصادية لم تثبت إلا عندما بدأ تشغيل محطة كوبشن . كما أدى وجود محطات توليد الطاقة بالضخ والتخزين إلى تأمين جزء من المخاطر الاقتصادية لمحطات الطاقة الحرارية التي تقوم بالحمل الأساسي ، والتي يمكن أيضًا أن تغذي الشبكة بالكهرباء في الليل.

انتقال الطاقة

مع توسع الطاقة المتجددة في سياق الانتقال للطاقة المستدامة ، تغير نمط تشغيل محطات توليد الطاقة التي يتم ضخها بشكل كبير. خاصة في فصل الصيف ، عندما تغذي الخلايا الكهروضوئية كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية في الشبكة خلال النهار ، فإن ذروة منتصف النهار وغالباً أجزاء كبيرة من الحمل المتوسط مغطاة بأنظمة كهروضوئية ، بحيث تتحول أوقات التشغيل للتخزين الذي يتم ضخه أكثر نحو الصباح و ساعات المساء. في الوقت نفسه ، سيؤدي التوسع في طاقة الرياح والطاقة الشمسية إلى زيادة متطلبات التخزين على المدى الطويل من أجل التمكن من تعويض التوليد المتغير. لذلك ، بالإضافة إلى تخزين البطاريات المحلية في الأنظمة المحلية الصغيرة ، فمن المتوقع أن تلعب محطات توليد الطاقة ، بما في ذلك محطات طاقة التخزين بالضخ ، دورًا متزايد الأهمية في المستقبل.

تصل متطلبات التخزين إلى بُعد ذي صلة من حصة تجديدية تبلغ 60-80 ٪ على امدادات الطاقة. في حالة الأسهم الأصغر ، تعد خيارات المرونة مثل إدارة الأحمال والتشغيل المرن لمحطات الطاقة التقليدية وتوسيع شبكة الكهرباء خيارات أكثر ملاءمة من الناحية الاقتصادية لموازنة التقلبات. ^[3] تقنيات التخزين البديلة ، على سبيل المثال يجري اختبار التخزين الكهروحراري للطاقة في الصخور (البركانية). ^[4] في عام 2019 ، تم تشغيل المصنع التجريبي لنظام تخزين الطاقة الكهروحرارية في هامبورغ.

التكنولوجيا

طريقة التشغيل

من حيث المبدأ ، تتكون كل محطة طاقة تخزين يتم ضخها من خزان تخزين علوي على الأقل (خزان مياه علوي) وخزان سفلي عميق (يسمى أيضًا خزانًا تحت الماء) ، كما هو موضح في الرسم التخطيطي المجاور. يوجد أنبوب أو عدة أنابيب لضخ المياه بين الحوضين. في أبسط الحالات ، تحتوي ورشة الآلة (ورشة التوربينات) في محطة الطاقة على توربين مائي ومضخة و [[مولد كهربائي ]]دوار ، والتي يمكن تشغيله إما كمولد كهربائي أو كمحرك كهربائي لضخ المياه ، وتظهر باللون الأحمر في الرسم التخطيطي. في حالة محطات توليد الطاقة الكبيرة التي يتم ضخها وتخزينها ، هناك العديد من هذه الوحدات التي تعمل بالتوازي.

يتم تثبيت التوربين والآلة الكهربائية والمضخة ، بما في ذلك المعدات المساعدة مثل القوابض والتوربينات البادئة ، على عمود مشترك. كما هو الحال في محطات الطاقة الأخرى ، وعادة ما يتم تصميم الآلة الكهربائية كآلة متزامنة ثلاثية الطور مع محرض . نظرًا لأن الآلات المتزامنة لا يمكن أن تبدأ بأمان من حالة توقف تام من تلقاء نفسها بسبب لحظة الكتلة من القصور الذاتي في تشغيل المحرك ، يتم توفير المعدات المساعدة مثل التوربينات البادئة الأصغر اعتمادًا على محطة الطاقة من أجل التمكن من رفع المحرك إلى سرعة عملية الضخ. بدلاً من ذلك ، في بعض محطات طاقة التخزين التي يتم ضخها ، يتم توفير آلات منفصلة غير متزامنة ثلاثية الطور كمحرك محرك لتشغيل المضخة ، والتي لا تواجه أي مشاكل في بدء التشغيل. ثم يتم تشغيل الآلة المتزامنة حصريًا كمولد.

بينما يمكن للآلة الكهربائية أن تعمل كمولد وكمحرك ، لا يمكن أن تعمل التوربينات أيضًا كمضخة. لهذا السبب ، تكون المضخة منفصلة عن التوربين ، وهي مصممة على شكل توربين فرانسيس أو توربين نفاث حر ، كوحدة مستقلة ، واعتمادًا على وضع التشغيل ، يتم توصيلها بالقلم عبر صمامات البوابة. التوربين مقاوم للتباطؤ ، مما يعني أن التوربين يعمل في وضع الخمول دون أي وظيفة أثناء تشغيل المضخة. في حالة المضخة ، قد يؤدي التباطؤ في وضع المولد إلى حدوث تلف ، ولهذا السبب يجب فصل المضخة عن العمود عن طريق القابض في وضع المولد.

يجب أن تكون قاعة محطة الطاقة أقل من ارتفاع الشفط الجيوديسي للحوض العميق (لتجنب التجويف ، أسفله بكثير) وغالبًا ما يتم تصميمها على أنها ما يسمى بمحطة طاقة الكهف ، كما هو موضح في الرسم التخطيطي الثاني باستخدام محطة تخزين Raccoon Mountain. في بعض محطات توليد الطاقة التي يتم ضخها ، مثل محطة توليد الطاقة بضخ المياه بلينهايم جيلبوا ، تقع قاعة الآلات بالكامل في الحوض السفلي.

يحدث ذلك أيضًا عند إغلاق صمامات الإغلاق في خطوط الضغط ، على سبيل المثال. B. عند التبديل من المولد إلى تشغيل المضخة ، إلى ارتفاع الضغط . للتعويض عن ذلك ، يتم توفير قفل مائي يعوض عن ارتفاع الضغط وبالتالي يمنع تلف خطوط الضغط. يمكن أيضًا أن تعمل محطات توليد الطاقة التي يتم ضخها بالضخ برؤوس عالية جدًا تصل إلى 2000 م ليتم تشغيلها. ^[5]

^ Rolf Peter Sieferle: Rückblick auf die Natur. Eine Geschichte des Menschen und seiner Umwelt, München 1997, S. 92.
^ {{استشهاد بكتاب}}: استشهاد فارغ! (مساعدة)
^ Michael Sterner, Ingo Stadler: Energiespeicher – Bedarf, Technologien, Integration. Springer, Berlin / Heidelberg 2014, S. 49 f.
^ اكتب عنوان المرجع بين علامتي الفتح <ref> والإغلاق </ref> للمرجع :0
^ . ISBN:978-3-540-92226-1. {{استشهاد بكتاب}}: الوسيط |title= غير موجود أو فارغ (مساعدة)

[1] Rolf Peter Sieferle: Rückblick auf die Natur. Eine Geschichte des Menschen und seiner Umwelt, München 1997, S. 92.

[2] {{استشهاد بكتاب}}: استشهاد فارغ! (مساعدة)

[3] Michael Sterner, Ingo Stadler: Energiespeicher – Bedarf, Technologien, Integration. Springer, Berlin / Heidelberg 2014, S. 49 f.

[:0-4] اكتب عنوان المرجع بين علامتي الفتح <ref> والإغلاق </ref> للمرجع :0

[5] . ISBN:978-3-540-92226-1. {{استشهاد بكتاب}}: الوسيط |title= غير موجود أو فارغ (مساعدة)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

@@ سطر 36: / سطر 36: @@
 يجب أن تكون قاعة محطة الطاقة أقل من ارتفاع الشفط الجيوديسي للحوض العميق (لتجنب [[تكهف|التجويف ،]] أسفله بكثير) وغالبًا ما يتم تصميمها على أنها ما يسمى بمحطة طاقة الكهف ، كما هو موضح في الرسم التخطيطي الثاني باستخدام محطة تخزين Raccoon Mountain. في بعض محطات توليد الطاقة التي يتم ضخها ، مثل محطة توليد الطاقة بضخ المياه بلينهايم جيلبوا ، تقع قاعة الآلات بالكامل في الحوض السفلي.
+يحدث ذلك أيضًا عند إغلاق صمامات الإغلاق في خطوط الضغط ، على سبيل المثال.&nbsp;B. عند التبديل من المولد إلى تشغيل المضخة ، إلى [[طرق مائي|ارتفاع الضغط]] . للتعويض عن ذلك ، يتم توفير [[خزان الزيادة|قفل مائي]] يعوض عن ارتفاع الضغط وبالتالي يمنع تلف خطوط الضغط. يمكن أيضًا أن تعمل محطات توليد الطاقة التي يتم ضخها بالضخ برؤوس عالية جدًا تصل إلى 2000&nbsp;م ليتم تشغيلها. <ref>{{استشهاد بكتاب
+| isbn = 978-3-540-92226-1
+}}</ref>
+[[تصنيف:صفحات بترجمات غير مراجعة]]