Reverzibilne hidroelektrane

Šta su reverzibilne hidroelektrane?

Pumpanje vode uzbrdo radi skladištenja energije u hidroelektranama je ideja koja je stara koliko i brda na kojima su izgrađena takva “pumpna skladišta”. S porastom upotrebe sunca i snage vjetra za proizvodnju energije, ova tehnologija bi uskoro mogla doživjeti ponovni procvat, kažu stručnjaci.

Obnovljivi izvori činili su preko 70% globalnih dodataka energetskom kapacitetu 2019. Ali tempo čišćenja električne energije mora se učetvorostručiti do 2030. godine, ako želimo da ispunimo ciljeve Pariškog sporazuma. U srcu rata protiv klimatskih promjena leži velika potreba za ubrzanjem upotrebe čistih obnovljivih izvora kao što su sunčeva energija, voda i vjetar. Solarni paneli i vjetroelektrane su se pokazali kao veoma korisni u tom smislu.

Međutim, sunce i vjetar nisu uvijek dostupni u potrebnom obimu. Vjetar i solarna energiija imaju intermitentnu prirodu i mogu pružiti konstantnu snagu samo u slučaju da su podržani skladištem energije. Da bi zemlja dostigla upotrebu 100% obnovljivih izvora, moramo da skladištimo energiju kada je to potrebno. Za tu ideju su reverzibilne hidroelektrane idealno riješenje zbog svog principa rada. 

Upravo je ono što je prvobitno motivisalo ideju o projektovanju reverzibilnih hidroelektrana bila nefleksibilnost nuklearne energije. Naime, velike turbine nuklearnih elektrana najbolje rade punom snagom. Reverzibilna hidroelekrana može skladištiti višak električne energije generisane preko noći (kada je potrošnja mala), kako bi ta ista energija pomogla sljedećeg dana da se zadovolji potražnja. Kada potražnja za električnom energijom dostigne vrhunac, voda pada iz gornjeg rezervoara u donji rezervoar, prolazeći kroz turbine koje generišu energiju.

Izvršni direktor Međunarodne agencije za energetiku (IEA) Fatih Birol, podržao je dogovor Međunarodne agencije za obnovljivu energiju i Međunarodnog udruženja za hidroenergiju da u javnosti promovišu ulogu koju održiva hidroenergija ima u elektroenergetskom sistemu i da pomognu da se ubrzaju razvoj, finansiranje i sprovođenje takvih projekata. Poznate i kao IRENA (International Renewable Energy Agency) odnosno IHA, agencije su saopštile da je inicijativa pokrenuta kako bi se promovisao čist način skladištenja hidroenergije.

Hidroenergija je najiskorišćeniji obnovljivi izvor na svijetu – čini preko polovine kapaciteta zelene energije i direktno zapošljava dva miliona ljudi, naglasile su pomenute organizacije.

Princip rada reverzibilnih hidroelektrana

Reverzibilna hidroelekrana ima dva skladišta vodene mase:

-Gornja akumulacija ima istu ulogu kao akumulaciono jezero kod klasičnih hidroelektrana. Gradnjom brane osigurava se akumulacija vode, koja kada protiče kroz postrojenje, za posljedicu ima proizvodnju električne energije.

– Donja akumulacija – voda koja izlazi iz hidroelektrane prelazi u drugo, donje akumulaciono jezero i ne vraća se u osnovni tok rijeke.

Sistem koristi električnu energiju za pumpanje vode iz donje akumulacije u gornju u vrijeme kada se na mreži proizvodi više energije nego što je potrebno. Ova energija se skladišti dok nije potrebna, a kada dođe do iznenadnih ili pak predviđenih skokova u potražnji, voda se ispušta iz rezervoara i pokreće turbine za proizvodnju električne energije. Ovaj ciklus pumpanja i generisanja se svakodnevno ponavlja prema potrebi. Pumpno skladište koristi višak proizvedene električne energije kada je potražnja potrošača mala, a električnu energiju proizvodi kada se potražnja povećava. 

Na slici su prikazani grafici tokova vode i energije u pojedinim oblastima rada: 

Uzimajući u obzir gubitke usljed isparavanja akumulisane vode i gubitke usljed pretvaranja, približno 70% do 85% električne energije koja se koristi za pumpanje vode u Gornji akumulacioni bazen može biti vraćeno. Ova tehnologija je najisplativija u smislu čuvanja velike količine električne energije. 1000 kilograma vode (1 kubni metar) na vrhu 100 metara visokog tornja ima potencijalnu energiju od oko 0,272 KWh.

Primjeri u svijetu

Japan je zemlja koja predvodi ovu renesansu. Ima najveći broj ovakvih postrojenja, sposobnih da apsorbuju i isprazne 26 GW snage. Ta postrojenja su takođe tehnološki lideri čije su pumpe promjenljive brzine, razvijene devedesetih godina i jedinstveno prilagođene promjenljivom protoku energije. 

Ali Japan nije sam. Kineski kapacitet reverzibilnih hidroelekrtrana se više nego udvostručio od 2008, a na zrelim tržištima kao što su SAD i Evropa, ubrzava se izgradnja ovih postrojenja prvi put u nekoliko decenija.

Prva upotreba reverzibilne hidroelektrane je bila u Evropi, i to 1907. godine u Švajcarskoj, u blizini Schaffhausena. 1930-ih u upotrebu su došle i reverzibilne hidroelektrične turbine. 

• Reverzibilna hidroelektrana u Češkoj, Dlouhé stráně, smještena je na rijeci Desná. Sadrži najveće turbine u Evropi (po 325MW), a takođe je i najveća hidroelektrana u Češkoj. Lokacija na kojoj je smještena nalazi se u prelijepom prirodnom okruženju. 

• Državna Vlada Kvinslenda u Australiji obavezala se na izradu projekta za obnavljanje i modernizaciju hidroeletrane sa pumpom od 570 MW, čija je vrijednost 14 miliona američkih dolara. Radovi su najavljeni 5. jula iz kancelarije Mika de Brenija (Mick de Brenni), Australijskog ministra za energiju, obnovljive izvore i vodonik Kvinslenda, i ministra za javne radove i nabavke. 

• Elektrana Cruachan (takođe poznata i kao brana Cruachan) je hidroelektrana sa pumpnim akumulacijama u Argill i Bute-u, u Škotskoj. Šema može da obezbedi 440 MW snage i ima kapacitet od 7,1 GW Izgradnja je započela 1959. godine kako bi se poklopila sa nuklearnom elektranom Hunterston A u Airshire-u. Cruachan koristi jeftinu električnu energiju koja se generiše noću za pumpanje vode do višeg rezervoara, koji se zatim može ispuštati tokom dana da bi obezbijedio struju po potrebi.

• Reverzibilna hidroelektrana u Ludingtonu, Mičigenu, izgrađena je između 1969. i 1973. po cijeni od 315 miliona dolara. U vrijeme izgradnje bila je najveća hidroelektrana ove vrste u svijetu.

Primjeri u regionu

U regionu je u funkciji nekoliko reverzibilnih hidroelektrana, a postoje i projekti za izgradnju novih postrojenja.

Reverzibilna hidroelektrana Bajina Bašta u Srbiji izgrađena je u sastavu HE Bajina Bašta i kao tehnološka cjelina sastoji se od donje akumulacije (postojeća akumulacija HE Bajina Bašta), dovodno-odvodnog sistema, mašinske zgrade sa dva reverzibilna agregata snage po 307 MW, gornje akumulacije i brane.

Sredinom šezdesetih godina napravljena je protočna HE Bajina Bašta u Perućcu, čineći jedan od kapitalnih elektroenergetskih objekata. Tokom njenog rada primjećeno je da se u proljeće i jesen Drina preliva preko brane u Perućcu, pa je ogromna količina vode ostajala neiskorišćena.

Zbog toga se došlo na ideju da se gradnjom nove pumpno-akumulacione hidroelektrane drinska voda iz Perućca pumpama izbaci na Taru i tu skladišti u novoj akumulaciji. Zatim se, kada je energija najpotrebnija, istim putem vraća u jezero i proizvodi potrebnu električnu energiju. EPS je za 2021. godinu najavio revitalizaciju RHE Bajina Bašta.

Kao potencijalni projekti reverzibilnih hidroelektrana u Srbiji pominju se RHE Bistirca, 600 MW i RHE Đerdap 3.600 MW.

Reverzibilna hidroelektrana Čapljina nalazi se u Bosni i Hercegovini, u Hercegovačko-neretvanskom kontonu, na donjem toku reke Trebišnjice. U vreme kada je izgrađena bila je prva reverzibilna hidroelektrana na prostoru bivše Jugoslavije.

Kada su u pitanju novi projekti reverzibilnih hidroelektrana u regionu, u julu 2018. započeti su radovi na izgradnji RHE Vrilo na rijeci Šuica u blizini Tomislavgrada. Vrijednost investicije je 89 miliona eura, a hidroelektrana je projektovana sa dve jedinice ukupne instalisane snage 66 MW. Puštanje u rad ovog postrojenja planirano je za 2023. godinu.

Kao potencijalni projekat u Hrvatskoj pominje se pumpna hidroelektranea Vinodol. U nju bi vode Gorskog kotara mogle padati s visine veće od 750 metara, a sistem bi obezbijeđivao 1.700 GWh regulacijske energije godišnje. Vrijednost investicija procjenjuje se na 1,4 milijardi evra.

Zašto su nam potrebne reverzibilne hidroelektrane?

Pumpno akumulacione hidroelektrane nisu samo značajan ekološki čist izvor koji može nadoknaditi potrebu i potražnju za električnom energijom u distributivnim mrežama. One pomažu da sistem i tržište budu efikasniji i pouzdaniji. Mogu da zamene do 50% nuklearnih i termoelektrana na ugalj. Lako se regulišu i pogodne su za lako upravljanje, stepen korisnosti ciklusa je 75-85%. 

Takođe se mogu primjeniti da zamjene rad hidroelektrana u režimima parcijalnog opterećenja, neefikasne režime „stand-by“ i rotirajuće rezerve. Njihovi režimi su prilagodljivi zahtjevima snabdijevanja, stabilnosti i drugih karakteristika mreže.

Iskustvo nas uči da značajan broj klasičnih hidroelektrana ima velike probleme u radu. Sistematska i potpuna posvećenost organizovanog transfera znanja i iskustva mogu da čine temelj za dalji napredak ka suštinskoj potrebi za zadovoljenje potreba za energijom.

Reverzibilne hidroelektrane bi našoj državi pružile stvarne poslove i ulaganja u crnogorsku ekonomiju – istovremeno pružajući vatrenu moć u ratu protiv klimatskih promjena. Rat koji, zarad budućnosti naše djece, ne možemo priuštiti da izgubimo.

Prir: S.Đ.

Izvori:
Aleksandar Gajic, Stanislav Pejovic, Bryan Karney. 2017. Reverzibilne hidroelektrane smanjuju troškove proizvodnje i obezbeđuju čistu energiju vetra i sunca. TERMOTEHNIKA, vol. 43, no. 1-4, 2017, pp. 39-47
Jevto Simić. 2012. Reverzibilne hidroelektrane. INFOTEH-JAHORINA Vol.11 Mart 2012.
Serbia Energy, IEEE Spectrum