Вальхалла - проект солнечной электростанции, дающий базовую нагрузку в сеть  30

Энергетика

06.02.2018 06:39  8.9 (13)  

Станислав Безгин

5888

Вальхалла - проект солнечной электростанции, дающий базовую нагрузку в сеть

 

Roger Andrews: The Valhalla solar/pumped hydro project

Когда и если он будет построен, проект Вальхалла (пустыня Атакама, север Чили) будет состоять из солнечной станции мощностью 600 МВт и гидроаккумулирующей электростанции мощностью 300 МВт, которые, как утверждается, будут в совокупности обеспечивать непрерывную базовую нагрузку в Северном Чили. Если проект будет работать, как планировалось, он действительно обеспечит непрерывную базовую нагрузку, но только на уровне, обеспечивающем около 5% спроса на базовую загрузку в северной части Чили. Тем не менее, это была бы первая демонстрация того, что базовая мощность может быть получена на солнечной электростанции промышленного уровня. Реализация проекта в настоящее время приостановлена, так как требуемые финансы в размере 1,2 млрд. Долл. США пока не собраны

Проект Вальхалла будет подавать прерывистую генерацию с солнечной фотоэлектрической станции Cielos de Tarapacá мощностью 600 МВт на 300-мегаваттную гидротурбину Espejo de Tarapaca, для преобразования в базовую мощность.

Гидроаккумулирующая станция

Гидростанция Вальхалла часто заявляется как новая технология, потому что она использует море в качестве нижнего резервуара (другого варианта в пустыне Атакама не существует). Этому, однако, предшествовала гидроэлектростанция Янбару на Окинаве, Япония, станция мощностью 30 МВт, которая использовала море в качестве нижнего резервуара. Нет никаких подробностей о деятельности Янбару, которые были бы легко доступны, но станция работала в течение 17 лет в период с 1999 по 2016 год и фактически начала коммерческую эксплуатацию в 2003 году или около того. Целью Янбару было предоставление услуг по балансированию сети Окинавы (она была выведена из эксплуатации в 2016 году, из-за отсутствия спроса) вместо того, чтобы конвертировать большие объемы прерывистой солнечной энергии в базовую загрузку, но тот факт, что она работала так долго (и получила ряд наград), указывает на то, что гидроэнергетическая технология с морской водой может считаться, по крайней мере, частично доказано реализуемой.

На рисунке 1 показана базовая конструкция гидроэлектростанции. Один туннель соединяет верхний резервуар с морем, а турбины накачивают воду в гору днем ​​и снова сливают ее ночью. Верхний резервуар - естественная депрессия. И это объясняет выбор местонахождения станции.

Рисунок 1: Схема гидроэлектростанции, данные Hydroworld

Примечание переводчика: Депрессия (геологияДепрессия (лат. depressio — вдавливание, снижение) — в геоморфологии — понижение на земной поверхности независимо от его формы и происхождения

Подробные технические характеристики станции не опубликованы, но следующие данные перечислены в Экологическом отчете "Вальхалла 2015":

  • Емкость: 300 МВт (три реверсивные турбины мощностью 100 МВт)
  • Диаметр туннеля: 4,9 м
  • Высота поверхности резервуара при заполнении: 608,5 м
  • Постоянное хранение: 12 миллионов кубометров
  • Базовый объем: 15 миллионов кубометров
  • Нормальный объем работы: 25 миллионов кубометров
  • Среднегодовая потребляемая энергия: 2,28 ГВтч / день
  • Среднегодовая мощность: 1,75 ГВтч / день
  • Инвестиции $ 385 млн ($ 1270 / кВт)

Не предоставлены оценки общей емкости хранилища, но расчет на основе 10 миллионов кубических метров морской воды (нормальный рабочий минус базовый объем), при 77% эффективности полного цикла (1,75 ГВтч, 2,28 ГВт-ч) и разницу в уровне воды 608,5 м дает 15,2 ГВтч. Это соответствует оценке Валхаллы «чуть более девяти дней» хранения, что дает 9 раз 1,75 ГВтч = 15,8, скажем, 16 ГВтч. В этом случае, однако, нельзя говорить о недостаточном объеме хранения, поскольку сезонные колебания в солнечной / гидрогенерации минимальны, а девять дней с нулевой солнечной генерацией в Атакаме были бы самым необычным явлением.

Солнечная станция

Поскольку условия в прибрежном Чили не идеальны для солнечной генерации (высокая влажность, морской туман), 600MW Солнечная станция Cielo de Tarapacá находится в 65 км от побережья на высоте около 1000 м. Стоимость оценивается в 900 млн. Долл. США, или 1500 долл. США / кВт

Рисунок 2: Карта расположения солнечной электростанции и гидроэлектростанции проекта Вальхалла

Солнечная станция будет подключена к гидростанции по линии электропередачи 220 кВ, которая также соединяется с сетью Чили, которая проходит между ними. Как показано на рисунке 3, проект предусматривает подавать до 300 МВт генерации солнечной станции на гидроэлектростанцию, а остальную часть – напрямую в сеть:

Рисунок 3: Солнечная и гидроэлектростанция, работа днем/ночью,
данные Вальхаллы

Вопрос, который возникает, заключается в том, сколько генерации солнечной станции идет на гидроэлектростанцию ​​и сколько в сеть? Бюллетень Coordinador Eléctrico Nacional 2016 года предоставляет графическую информацию, показанную на рисунке 4. Данные охватывают все солнечные фотоэлектрические станции, работающие на севере Чили в то время, большинство из которых, как и предлагаемая станция Вальхаллы, оборудованы одноосевыми системами слежения за солнцем. Генерация панелей, оборудованных системами слежения, намного ближе к квадратной волне, чем к синусоидальному выходу от неподвижных панелей:

Рисунок 4: Почасовая средняя солнечная генерация поквартально, солнечные станции на севере Чили

Предполагая, что «p.u» представляет собой генерацию, выраженную в виде доли установленной мощности солнечных станций, эти графики дают общий коэффициент мощности 34%. Это сопоставимо с информацией, содержащейся в других статьях Бюллетеня, в которой показано, что за тот же период коэффициент мощности составлял 33%, 32% и 37% для трех одноосных солнечных станций в этом районе (Позо Альмонте, Мария Елена и Джама). Солнечная станция Вальхаллы находится недалеко от Позо-Альмонте, но в области незначительно более высокой солнечной радиации, поэтому я предположил, что она будет иметь коэффициент мощности 34%.

Я применил данные на рисунке 4 с коэффициентом мощности 34% для солнечной станции Вальхалла мощностью 600 МВт и получил смоделированную среднесуточную солнечную энергию на квартальных графиках, показанных на рисунке 5. Генерация более 300 МВт превышает пропускную способность гидроэлектростанции и должна быть отправлена в сеть. Остальная часть пойдет на гидроэлектростанцию:

Рисунок 5: Имитированная почасовая солнечная генерация в квартал от солнечной станции Вальхалла, показывающая генерацию, отправленную в сеть и генерацию, отправленную на гидроэлектростанцию. Предполагается, что генерация будет одинаковой для всех дней в квартале.

Однако из-за потерь при преобразовании только 77% солнечной энергии, получаемой гидроэлектростанцией от солнечной станции, появится в качестве полезной энергии, а количество полезной энергии, которое появляется, показано синими областями на рисунке 6. Чтобы преобразовать эту энергии в равномерную базовую нагрузку, дневные излишки должны быть равны ночному дефициту, а уровень, на котором достигается баланс между ними, определяет базовую мощность, которую может поставить гидроэлектростанция. Согласно рис. 6 станция  будет способен постоянно генерировать ~ 100 МВт базовой мощности в течение всего года:

Рисунок 6: Имитированная почасовая генерация базой нагрузки в квартал от гидронасосной станции Вальхалла, показывающая генерацию, отправленную непосредственно в сеть и генерацию, отправленную в сеть из аккумулятора (обратите внимание, что энергия, подаваемая в сеть из аккумулятора по утрам, фактически происходит от генерации, произведенной накануне)

ДОБАВЛЕНИЕ: 30 декабря 2017 года

Хотя рисунки 5 и 6 являются правильными относительно допущений, которые я использовал, Euan Mearns показал в комментариях, что генерация базовой нагрузки может быть увеличена путем отправки части солнечной генерации непосредственно в сеть в качестве базовой нагрузки, а не путем ее проведения через гидроаккумулярующую станцию. Пересчет значений с использованием подхода Euan увеличивает базовую нагрузку с 106 до 191 МВт в первом квартале, с 94 до 156 МВт в Q2, с 97 до 152 МВт в третьем квартале и с 112 до 206 МВт в четвертом квартале. Спасибо, Euan за это.

 

В таблице 1 приведены численные данные:

Согласно этим результатам, 65% валовой генерации солнечной станции Вальхаллы отправятся на гидроэлектростанцию ​​и 35% в сеть. После учета потерь, от ГАЭС поступает 59% чистой генерации, а коэффициент эффективной мощности падает с 34% до 29%.

Однако возникает интересный вопрос, почему Вальхалла объединяет солнечную станцию мощностью 600 МВт с гидроэлектростанцией мощностью именно 300 МВт. Вероятно, проектировщики пришли к выводу, что вариант 600/300 МВт будет самым экономичным.

Вышеприведенный анализ предполагает, что энергия от солнечной станции Вальхаллы будет приоритетно отправляться ​​на гидроэлектростанцию, и все, что осталось, пойдет в сеть. В реальности, энергия будет отправляться туда, где она зарабатывает больше всего денег, что иногда может привести к отправке энергии напрямую в сеть, а не на гидроэлектростанцию.

Базовая генерация станции Вальхалла практически не меняется в зависимости от сезонов. Подтверждая, что, если вы хотите генерировать круглогодичную базовую нагрузку от солнца, то пустыня Атакама ваш идеальный выбор. Но генерация базовой нагрузки Вальхалла обеспечит лишь небольшую часть средней потребности севера Чили в базовой нагрузке (приблизительно 1900 МВт) и еще меньшую долю среднего нагрузке всего Чили (около 8 000 МВт). Утверждается, что все Чили можно обеспечить, покрыв только 0,5% пустыни Атакама солнечными панелями, и, может быть, это и возможно - с точки зрения валовой генерации. Однако потребуется примерно 80 насосных гидроэлектростанций подобных Вальхалла, чтобы сгладить прерывистость до того, как солнечная энергия может быть использована для обеспечения всего спроса на базовую нагрузку в Чили. При стоимости 385 миллионов долларов США за каждую, общая стоимость будет составлять порядка 30 миллиардов долларов США, более 10% годового ВВП Чили.


С другой стороны, если проект Вальхалла будет реализован так, как планируется, он преобразует большую часть прерывистой генерации солнечной фотоэлектрической станции в базовую нагрузку, что, я считаю, будет «впервые в мире». Это также ставит вопрос о том, может ли все электричество Чили в конечном итоге быть поставлено из пустыни Атакама –этот вопрос я сейчас изучаю. Однако подход, основанный на солнечной накачке, не может масштабно применяться за пределами Чили. Другие части мира, такие как Сахара, могут соперничать с Северным Чили с точки зрения солнечного потенциала, а у других есть пригодная прибрежная топография, необходимая для создания крупных гидроаккумулирующих станций, но за пределами Северной Чили практически не существует мест, где есть оба этих фактора одновременно.

Топография на гидронасосе Вальхаллы (рис. 1) на самом деле характерна для сотен километров береговой линии Северного Чили:

Рисунок 7: Скриншот Google Earth от побережья Северной Чили к югу от Икике. Вершина скалы находится на высоте +/- 1000 м, а долина за ней немного ниже.

На этом длинном участке береговой линии, вероятно, существуют многочисленные потенциальные гидроаккумулирующие станции, хотя не все из них будут иметь готовый резервуар наверху.

Что касается того, будет ли проект реализован, как планируется, мы, возможно, никогда не узнаем. Вальхалла имеет все разрешения и могла бы начать строительство в этом году, но уже 15 декабря, а они все еще изыскивают $ 1,2 млрд. И 1,2 миллиарда долларов - это много денег.

сайт:  Energy Matters;

автор: Roger Andrews;

оригинал статьи здесь: How Chile’s electricity sector can go 100% renewable

 

Далее мои замечания, которые зеленым друзьям, как обычно, лучше не читать:

 

Итак, вот один из немногих проектов, который в существующих ценах может быть относительно и условно рентабельным. Роджерс не дает стоимости энергии в этой статье, но дает расчет в следующей статье, которую я переведу и опубликую позже. В ней он рассматривает возможность перевода всей энергетики Чили на солнечную генерацию плюс ГАЭС. Там он приводит стоимость LCOE подобных комплексов на уровне 80$ за мегаватт*час. (в комментариях расчеты сходятся на диапазоне 70-90 долларов). Это, конечно, дороже чем современные угольные или газовые станции, но все-таки цена попадает в диапазон разумности и позволяет внедрять подобные станции в целях экономии расхода ископаемого топлива.

Однако прежде чем наши зеленые друзья начнут кричать «Вот! Вот! Вот она неизбежная победа зеленой революции во всем мире» давайте рассмотрим следующие вопросы.

Во-первых, Данный проект (и другие подобные) возможно никогда не будет реализован. Они просто не найдут финансирование. Это связано с тем, что в существующей экономической реальности, все подобные проекты будут заведомо убыточными по сравнению с обычными солнечными станциями на китайских солнечных панельках. В настоящее время субсидии и дотации «производители» солнечной энергии получают за киловатт*часы, а не за киловатт*часы стабильной предсказуемой энергии. Тем самым они сваливают проблему балансировки пилы на третьих лиц и способны изображать рентабельность. Странные люди, которые хотят взять на себя эти проблемы в проекте Вальхалла, ставят себя в заведомо проигрышную позицию. До тех пор, пока во всем мире не примут планы подобные австралийскому NEG или британскому плану Хельма (и тот и другой пока только обсуждаются), то есть пока не будет сделан упор на приоритет предсказуемой/управляемой генерации, подобные проекты будут убыточными для инвесторов. И никого не будет волновать, что они могут быть прибыльными для экономики в целом. Ну а если эта ситуация изменится, то начнут действовать (в совокупности) другие ниже указанные факторы и опять же подобные проекты останутся убыточными.

Во-вторых, для использования подобных проектов обязательно наличие случайно удобного места под строительство гидроаккумулирующей станции. То есть это место, которое природа (мать ваша) специально создала для устройства станции. Оно должно отвечать следующим требованиям:

1) Находится рядом с цивилизацией, чтобы расходы на строительство магистралей и потери в сетях не зашкаливали за разумный предел. 

2) Находится в совершенно никому не нужной местности, быть дешевым, никем не занятым. Понятно, что пункты один и два сильно противоречат друг другу. 

3) Место должно иметь два готовых природных резервуара, с минимальным необходимым объемом земляных работ. 

4) Перепад высоты между нижним и верхним резервуаром, должен быть несколько сот метров.

5) Место должно быть обеспечено водой.

6) Если используется морская вода (море в качестве нижнего бассейна), то в районе верхнего водохранилища должна быть пустыня, так как из-за отравления водоносных слоев солью, там все равно быстро образуется пустыня.

Понятно, что объективно в мире почти нет таких мест. По крайней мере, их в сотни раз меньше, чем требуется для балансировки зеленой энергетики. И все, и каждое из удобных мест, должны использоваться для балансировки пиков потребления.

А те места, что есть, они, разумеется, находятся там ... где они никому не нужны. Например, про пустыню Атакама, авторы сказали, что она находиться "in the middle of nowhere", что на хохлятскую мову переводится как "в дупе мiра".

Собственно, именно поэтому наличие отдельных удобных мест для размещения дешевых станций гидроаккумуляции и даже целых подобных регионов, ничего не изменит в общей картине. В общем и в целом прерывистая альтернативно одаренная энергетика будет оставаться системно убыточной. Естественно, наличие литиевых аккумуляторов с ценой в сотни раз превышающую цену случайно дешевой гидроаккумуляции, так же как и попытки копать водохранилища под гидроаккумуляцию, ничего не решат. 

Поэтому давайте пока не будем кричать о предстоящей всемирной победе зеленой революции.

В-третьих. Вот тут наверно появятся умеренные зеленые товарищи, и скажут: "Вот видите нельзя огульно охаивать альтернативную энергетику. Нужно искать места где она будет выгодна. Правильно?"

Нет! Неправильно.

Строительство гибридных гидросолнечных комплексов в пустыне Атакама является условно рентабельным при существующей цене солнечных панелей. Существующая (низкая) цена солнечных панелей сложилась за счет того, что в мире устанавливаются десятки и сотни гигаватт дотируемой солнечной энергетики. При этом условно рентабельные проекты, подобные рассматриваемому, можно расстрелять десятком ракет. Все остальное - это системно убыточные проекты, существующие на дотациях и распиле зеленых бюджетов. Если их сократить, объемы производства панелей, упадут в сотни раз. Понятно, что при этом цена панелей вырастет в разы, в лёгкую убивая экономику подобных [условно рентабельных] проектов.

По сути, данный проект является теоретически возможным за счет существования миллиардных дотационных солнечных проектов (сделанных без заморочек с аккумуляцией). Но, парадоксально, как я писал в первом пункте, именно из-за этого же он и невозможен практически, так как "нерентабелен" на их фоне. 

Вывод простой: Даже наличие дешевой гидроаккумуляции ничего принципиально не меняет в глобальном развитии альтернативно одаренной энергетики. Хотя в настоящее время, можно, при поддержке государства, сделать проект, который будет условно рентабельным для энергосистемы и будет реально помогать экономить топливо.

 ... плохо только то, что когда через пятнадцать-двадцать лет деградируют солнечные панели, их не на что будет заменить. 

 

 

Вопросы массового использования подобных проектов рассматривался в записи: Energy Matters: Возможность перевести Чили на 100% обеспечение возобновляемой энергией


Оцените статью