Два кристально чистых голубых озера в швейцарском кантоне Вале, Лак-д'Эмоссон и Лак-дю-Вьё-Эмоссон, на первый взгляд выглядят как множество местных ледниковых озёр, окружённых горами и обдуваемых ветрами, дующих со склонов близлежащего Монблана. Но первое впечатление может быть обманчивым: водоёмы-близнецы являются центральными компонентами «Нан-де-Дранс», одной из самых оригинальных батарей в мире.
Такие проекты, известные как гидроаккумулирующие электростанции, которые накапливают электроэнергию в виде потенциальной энергии воды, перекачивая её вверх, приобретают всё большее значение, поскольку страны начинают включать возобновляемые источники энергии в свои энергетические балансы. Возобновляемые источники энергии непостоянны — в изобилии только тогда, когда светит солнце и дует ветер - поэтому, чтобы полностью заменить ископаемые виды топлива, они должны быть в состоянии круглосуточно удовлетворять потребности в энергии и поддерживать хрупкий баланс энергосистемы между спросом и предложением...

Сила воды

Европейский Союз имеет одни из самых высоких амбиций в мире в отношении смягчения последствий изменения климата. Существует жёсткий график почти полного прекращения использования ископаемого топлива и достижения углеродной нейтральности. Это означает, что подавляющее большинство видов личной и экономической деятельности, требующих энергии, должны быть электрифицированы из ВИЭ. По данным Европейской ассоциации хранения энергии (EASE), к концу десятилетия ЕС потребуются мощностью 200 ГВт накопителей энергии, а к 2050 году — 600 ГВт.
Поскольку развитые страны заинтересованы в использовании энергии из ВИЭ, существует необходимость хранения этой энергии, которая производится с перерывами в зависимости от погодных условий и времени суток. В то время как плотные аккумуляторные блоки являются решением проблемы, этим устройствам хранения нужны редкие металлы, такие как никель, кобальт и литий, добыча которых не является экологически чистым.
Учёные во всем мире экспериментируют с другими методами хранения энергии, такими как использование двуокиси углерода или использование грузоподъёмности лифтов в небоскрёбах для быстрого рассеивания энергии при пиковых нагрузках. Хотя они в значительной степени всё ещё являются экспериментальными, использование «водяных батарей» является давно известным рабочим методом. Гидроаккумуляторы являются наиболее ёмким типом накопителей энергии, доступных в настоящее время. Гидроаккумуляторы особенно полезны для хранения избыточной энергии, вырабатываемой прерывистыми источниками энергии, такими как ветер, Солнце и атомная энергия. Энергия перекачивается в верхний бассейн в периоды перепроизводства, а затем может быть высвобождена для производства энергии в периоды высокого спроса.


Гидроаккумулятор мощностью 900 МВт, который обошёлся Швейцарии в 2 миллиарда евро и строился 14 лет, запущен в работу. Аккумулятор расположен на глубине 600 м под землёй в швейцарских Альпах. Электростанция, построенная компанией Nant de Drance, была введена в эксплуатацию 1 июля 2022 года.
Гидроаккумулятор состоит из двух больших бассейнов с водой, расположенных на разной высоте. Когда выработка электроэнергии высока, избыточная мощность используется для перемещения воды из нижнего бассейна в бассейн повыше, что аналогично зарядке обычной батареи. Когда потребление электроэнергии увеличивается, вода с более высокого уровня спускается и, направляясь в нижний бассейн, проходит через турбины, которые вырабатывают электроэнергию. Это экологическая батарея, которая использует одну и ту же воду снова и снова. Выход составляет более 80 %: на каждый киловатт-час электроэнергии, используемый для перекачки воды вверх по течению, 0,8 подаётся в сеть.


Швейцарская гидроаккумуляторная станция имеет ёмкость хранения 20 миллионов кВтч, что эквивалентно ёмкости батарей от 400 000 электромобилей, и предназначена для стабилизации энергосистемы в Швейцарии и других подключённых сетей в Европе. На станции установлены шесть турбин, которые могут генерировать 900 МВт электроэнергии. Эти турбины-насосы практически не имеют аналогов в мире по своим размерам и используемой технологии. Менее чем за 10 минут можно изменить направление вращения турбин и переключиться с производства электроэнергии на хранение. Такая гибкость является ключевой для быстрого реагирования на потребности электросети и адаптации производства/потребления электроэнергии. В противном случае есть риск обрушения сети и отключения электроэнергии, как это произошло в Техасе в начале 2021 года.

Континентальный выключатель

Батарея построена между водохранилищами Emosson и Vieux Emosson в Вале, кантоне в юго-западной части Швейцарии. Объём воды, проходящей через турбины Нан-де-Дранс, достигает 360 кубических метров в секунду, что примерно соответствует потоку Роны в Женеве летом. Верхний резервуар Vieux Emosson вмещает 25 миллионов кубических метров воды, что соответствует ёмкости хранения 20 миллионов кВтч.


Около 22 миллионов евро было потрачено на 14 проектов, чтобы компенсировать воздействие завода на окружающую среду, в основном на воссоздание определённых биотопов на местном уровне, чтобы стимулировать повторное заселение территории перемещёнными животными и растениями.
В пик строительства на стройплощадке работало 650 рабочих, а реализовывать строительство объединились около 60 компаний. Расположенная в самом сердце горы пещера электростанции длиной 194 м, высотой 52 м и шириной 32 м потребовала выемки 1 700 000 кубических метров породы и бурения 17 км тоннелей и галерей. Плотина Vieux Emosson, расположенная на высоте 2200 м, была поднята на 21,5 м, чтобы удвоить ёмкость водохранилища. При заполнении водохранилище Vieux Emosson может обеспечить около 18 гигаватт-часов электроэнергии.


Чтобы доставить строительные материалы на площадку, инженерам пришлось сначала прорыть туннели через Альпы. После того, как эти туннели были построены, строительные материалы и сборные дома можно было перемещать в гору, и этот процесс занял 14 лет. После всей этой тяжелой работы батарея теперь работает и на пике своей мощности способна одновременно обеспечивать электроэнергией 900 000 домов.










Электростанция жизненно важна для обеспечения электроснабжения и стабильности сети, но она «слишком велика для Швейцарии». Это может сыграть роль в стабилизации сети на континентальном уровне. Географически Швейцария находится в центре Европы, и энергетические потоки проходят через всю страну. Например, если в Германии будет перепроизводство ветровой энергии, то в Швейцарии смогут использовать излишки электроэнергии для перекачки и хранения воды. Однако не следует переоценивать роль гидроаккумулятора, которая, прежде всего, напрямую зависит от пропускной способности существующих сетей.
Эта концепция не нова, и использовалась в Италии и Швейцарии ещё в 1890-х годах. США с 1930-х годах также используют этот метод. По состоянию на 2019 год мощность хранения гидроэнергии в мире составляла 158 ГВт. А к 2025 году Китай решил построить гидроаккумулятор на 270 ГВт. Это удовлетворит 23% пикового спроса в стране. Кроме того, для сравнения, это больше, чем совокупная мощность всех электростанций в Японии. Национальное управление энергетики Китая (NEA) оценило потенциал хранения гидроэнергии в стране на уровне колоссальных 680 ГВт.
Испанская компания Iberdrola внесла свой вклад, открыв свою гигабатарею Tâmega в Португалии. По заявлениям компании, это один из крупнейших гидроаккумулирующих проектов в Европе мощностью 1,16 ГВт за последние 25 лет. Tâmega Gigabattery планируется модернизировать до гибридной электростанции путем интеграции двух ветряных электростанций. Она расположена на севере страны между Порту и испанским городом Оренсе. Объект стоит 1,5 миллиарда евро, и он ещё не завершен. Строительство Tâmega Gigabattery началось в 2014 году. Система будет иметь общую ёмкость хранения 40 ГВтч, что эквивалентно потребностям в электроэнергии 11 миллионов жителей в течение 24 часов.


В мире насчитывается около 616 000 потенциальных площадок, где можно было бы построить гидронасосные станции замкнутого цикла с двумя резервуарами. Достаточно построить всего 1 % из них, чтобы решить все проблемы, связанные с хранением прерывистой энергии, говорят в Австралийском национальном университете, основывая свою оценку на чисто географических соображениях.
В будущем будет всё больше необходимо хранить огромные объёмы электроэнергии, поскольку возобновляемые источники постепенно заменяют ядерную и ископаемую энергию. Однако солнечная и ветровая энергия являются энергозависимыми источниками, которые не обязательно производят электроэнергию, когда это необходимо. Поэтому такие системы, как этот швейцарский гидроаккумулятор, так важны, чтобы иметь возможность хранить энергию и поддерживать стабильность сети.Источник: "Timeweb Cloud"