22/09/2020 - Eine Studie der UPM untersucht, welche Energiespeichersysteme die Nutzung der Wasserkraft verbessern können

Menéame

Eine Studie, an der Forscher aus der Polytechnische Universität Madrid (UPM) zeigt, dass die kombinierte Anwendung von Netzgebundene Speichersysteme Durch elektronische Frequenzumrichter (Batterien, Trägheitslenker und Superkondensatoren) und Pumpspeicheranlagen kann die Leistung der Pumpkraftwerke durch Verringerung des Verschleißes der Geräte und damit der Prozesskosten verbessert werden.

Nach Angaben des Weltbank, Der Energieverbrauch wird bis 2035 um 35% steigen.. Daher gehört die Suche nach Produktionsweisen, die durch Kostensenkung und Verbesserung der Nachhaltigkeit zu den wichtigsten Zielen der Energieforscher.  

Im Falle Spaniens wird die Wasserkraft ist eine der am stärksten genutzten Formen der Erzeugung erneuerbarer Energien und wird angenommen zwischen 8% und 16 Prozent der jährlichen Stromerzeugung in unserem Land. Eine höhere Effizienz bei der Stromerzeugung aus Wasserkraft durch Senkung der Prozesskosten ist jedoch nach wie vor zwei der Ziele, auf die sich die Forschung zur Erzeugung dieser Art von Energie konzentriert.

Erste Studienlinien

Das ursprüngliche Ziel dieser Arbeit, an der auch die Zentrum für Energie-, Umwelt- und Technologieforschung (CIEMAT) und das Unternehmen Schwangrad Energie Ltd, war es, die Vorteile der koordinierten Schwungräder (Technologie, die eine Menge Energie bis zur weiteren Nutzung speichern kann) und Pumpspeicheranlagen. In diesen Fällen, in denen der Energiebedarf verringert wird und dadurch ein Energieüberschuss im Netz entsteht, wird das Wasser des unteren Stausees in den oberen Stauraum (Pumpebetrieb) gepumpt, um diesen Energieüberschuss zu nutzen.

"Auf der einen Seite verfügen Trägheitslenkräder über eine ausgezeichnete Fähigkeit zur Steuerung der aktiven und reaktiven Leistung und einer hohen Leistungsdichte, ihre Dimensionierung ist hinsichtlich Leistung und Energie flexibel und widerstehen einer hohen Anzahl von Last-Down-Zyklen. Darüber hinaus haben Pumpspeicheranlagen bisher eine höhere Speicherkapazität als andere Speichertechnologien und eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit," erklärt Juan Ignacio Pérez Díaz, Forscher der Gruppe Hydroinformatik und Wassermanagement. Technische Hochschule für Ingenieure von Kanälen und Häfen der UPM.

Mögliche und vorteilhafte Integration

Als Ergebnis ihrer Arbeit stellten die Forscher fest, dass der kombinierte Einsatz beider Technologien nicht nur die Prozessleistung erhöht, sondern auch den Verschleiß von Geräten verringert und die Frequenzqualität des elektrischen Systems verbessert.

"Die bisher erzielten Ergebnisse deuten darauf hin, dass durch geeignete Steuerungsstrategien und Algorithmen für die Erzeugung von Schnellspeichersystemen (durch elektronische Stromrichter an das Netz angeschlossen), Wasserkraft und Pumpspeicherung die Einnahmen von Wasserkraftwerken und Pumpanlagen auf den Energie- und Regelleistungsmärkten steigern können," so Pérez Díaz. "Darüber hinaus erhöht sich die Integration nicht bedienbarer erneuerbarer Energien (Wind, Photovoltaik und fließendes Wasser) und erleichtert damit den Übergang zu einem erneuerbaren Stromsystem 100 %."

Für die Forscher liegt die Bedeutung dieser Arbeit auch in den Möglichkeiten, die sie bietet, um die interdisziplinäre Beschäftigung zu fördern, ohne dabei ihr Potenzial zur Förderung der Entwicklung erneuerbarer Energien und der Umweltpflege zu vergessen.

"Im Dezember 2018 betrug die weltweite Leistung in Wasserkraft- und Pumpkraftwerken 1292 und 160 GW, was einer Pumpspeicherung im Jahr 2016 99 Prozent der an das Stromnetz angeschlossenen elektrischen Speicherkapazität entspricht," erklärt der Forscher der UPM. "Da die Verwirklichung der Forschungsidee die Zusammenarbeit von Ingenieurunternehmen, Herstellern von elektrischen Speichersystemen, von Leistungselektronikanlagen und von Instrumenten- und Kontrollsystemen erfordert, wären die sozialen Auswirkungen der koordinierten Nutzung eines geringen Anteils der in Wasserkraftanlagen und Pumpanlagen mit Schnellspeichersystemen installierten Leistung außerordentlich. Darüber hinaus würde sich dies positiv auf den Sektor der erneuerbaren Energien auswirken, indem er seine Verbreitung und damit auch die Umwelt fördert," schließt Juan Ignacio Pérez.

Ref

J.I. Pérez-Díaz, M. Lafoz, F. Burke, “Integration of fast acting energy storage systems in existing pumped-storage power plants to enhance the system’s frequency control”, Wiley Interdisciplinary Energy Reviews, 2019; e367. https://doi.org/10.1002/wene.367

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Polytechnische Universität Madrid

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