Могат ли „водните батерии“ да решат главоблъсканицата със съхранението на енергия?

230-тонният метален цилиндър издава ревящо бръмчене, докато се върти с 600 оборота в минута, задвижвайки помпа, заровена под земята, която внася ново значение в идеята за бутане вода нагоре по хълм.

Далеч от аналогията с невъзможна задача, това е ядрото на португалска електроцентрала, целяща да покаже, че изпомпването на вода на 7 км нагоре в планината може да бъде съществена — и търговски жизнеспособна — част от водена енергийна система от възобновяема енергия.

Построено от испанската компания Iberdrola на цена от €1,5 милиарда, съоръжението в скалиста речна долина в Северна Португалия е известно като помпено-акумулираща централа.

Но запознатите имат друго име за резервоара на върха на планината. Това е „водна батерия“ — елементарна по концепция, сложно проектирана и изключително ефективен начин за съхраняване на енергия.

Централата Tâmega взема излишното електричество от мрежата, генерирано предимно от вятърна и слънчева енергия, и използва го за изпомпване на вода от долен резервоар към горен.

Разглеждайки спокойната му синя повърхност, Рафаел Чакон Йоренте, директор на проекта на Iberdrola в комплекса, каза: „Когато нивото на водата е на 885 метра над морското равнище, батерията е напълно заредена.“

След това в пиковите часове, когато мрежата изисква повече мощност, системата се обръща при поискване. Портата се отваря и гравитацията връща милиони литри вода, които се хвърлят обратно в тунела всяка минута. Помпата се превръща в турбина и върти металния цилиндър в другата посока, генерирайки електричество при нулеви разходи.

Производството на енергия е значително. Горният резервоар е с капацитет от 880 мегавата, приблизително една четвърт от Hinkley Point C, който се очаква да стане най-голямата ядрена централа в Обединеното кралство.

Тъй като Tâmega може да генерира до 24 часа, общото количество енергия, съхранявана там, е 21 GWh, достатъчно за зареждане на 400 000 батерии на електрически превозни средства или за поддържане на 2,4 милиона домове в Португалия за цял ден.

Такова съхранение е жизненоважно допълнение към нарастващата глобална роля на вятърната и слънчевата енергия в производството на електроенергия без въглеродни емисии. Предизвикателството за бизнеса обаче е намирането на подходящите условия, за да направят новите помпени хидро проекти икономически привлекателни.

Проблемът, който помпените хидроенергии решават, е променливостта на вятърната и слънчевата енергия. От една страна, слънцето не винаги грее и вятърът не винаги духа.

От друга страна, когато слънцето пече и вятърът вие, слънчевите панели и въртящите се турбини произвеждат много повече електроенергия, отколкото може да се консумира в даден момент. Тъй като електрическите мрежи не могат да се справят с излишък, електричеството трябва да се съхранява някъде или ще бъде загубено.

Тази нужда от съхранение само ще нараства с разширяването на възобновяемата енергия. Португалия е имала 61 процента от електроенергията си от възобновяеми източници през 2023 г. и се стреми към 85 процента до 2030 г. До същия краен срок Испания иска да достигне 81 процента.

В завод като Tâmega, излишната електроенергия може да се използва за „зареждане“ на резервоара, често през деня. След това вечер, когато светлините и уредите в домовете са включени, помпата се превключва в турбинен режим и генерира енергия.

Диего Диас Пилас, глобален ръководител на предприятията и технологиите на Iberdrola, каза, че химическите батерии също имат роля, която да играе в мрежовото съхранение: Iberdrola има планове да разшири глобалния капацитет на своите батерийни проекти до 3GWh. Но техният мащаб е по-малък от помпената хидроенергия както по отношение на грубата мощност, така и колко дълго могат да произвеждат електричество при пълен капацитет (два до четири часа за литиево-йонни батерии, срещу приблизително цял ден в Tâmega).

„Когато имате много слънчева енергия, тя се съчетава много добре с батерии, защото слънчевата енергия генерира през дневните часове, а батериите могат да се разреждат, когато слънцето не грее“, каза Диас Пилас. „Но когато имате и много вятър – и около 2030 г. 50 процента от електричеството в Европа ще идва от вятъра – наистина трябва да съхранявате огромни количества енергия.“

Помпено-акумулиращите системи са наоколо за един век. Много съоръжения, като например завода Cruachan на Drax в Шотландия, са построени през 60-те години на миналия век, за да съхраняват излишното електричество от атомните централи. Днес помпените водноелектрически централи представляват повече от 90 процента от глобалното съхранение на електроенергия, голяма част от която в САЩ, според Международната агенция по енергетика.

Но е необходимо повече. В Испания и Португалия Iberdrola разполага със 100 GWh съществуващи помпени акумулатори и други 170 GWh в процес на изграждане или в процес на изграждане. Китай има големи планове да построи още повече.

Веднъж построени, централите имат дълъг живот и се превръщат в арбитражни игри за цената на електроенергията. В Tâmega Iberdrola купува енергия от мрежата, за да изпомпва, когато е евтина, след което продава енергия обратно, когато е скъпа. В енергийната система на Португалия в понеделник средната цена извън пика е 54 евро за MWh в сравнение с цена на пика от близо 78 евро. „Така се печели“, каза Диас Пилас.

Друг шампион на помпено съхранение е Малкълм Търнбул, бивш министър-председател на Австралия, който по време на службата ръководи държавния проект Snowy 2.0, който се превърна в нарицателно за взривяване на разходите и трябва да бъде завършено през 2028 г. с цена от $8 милиарда (A$12 милиарда).

„Всеки, който има помпена хидросистема, е толкова щастлив . . . Мога да ви кажа, че всички правят пари“, каза той в нова роля на ръководител на Международната хидроенергийна асоциация. „Проблемът е цената за изграждане на нови.“

Необходимите капиталови разходи са огромни и строителството може да отнеме шест или повече години. Iberdrola получи заем от 650 милиона евро от Европейската инвестиционна банка за Tâmega. Разработчиците трябва също така да договорят сложни процедури за издаване на разрешителни и твърда съпротива от страна на жителите и еколозите на плановете за разрушаване на домове и наводняване на естествени местообитания.

Ето защо Iberdrola каза, че се нуждае от повече стимули, отколкото просто разпределението на цените. В Tâmega, където компанията има лиценз от португалското правителство да работи в продължение на 70 години, тя също така получава постоянен поток от плащания на „пазар на капацитет“, които се плащат от мрежовия оператор в замяна на гарантирано снабдяване и други услуги, които да поддържа мрежата е стабилна.

В Обединеното кралство енергийните компании гледат със завист. Шотландия има голям потенциал да използва помпени хидроенергии за съхранение на електроенергия, генерирана от вятъра. Заводът Cruachan на Drax е печеливш, но главно благодарение на договорите за доставка, подписани, когато цените на енергията бяха високи.

Ian Kinnaird, директор на шотландските активи в Drax, каза, че регулаторната настройка на Обединеното кралство „не е достатъчно добра“ за нови проекти, защото не е адаптирана към дългите срокове за помпено съхранение. Необходими са реформи, добави той, за да „намалят риска“ финансирането за инвеститорите.

В Iberdrola Диас Пилас каза: „Нямаме нужда от нищо изискано . . . Трябва само по-бързо издаване на разрешителни и стабилност в нормативната уредба. Всъщност е смешно, че тук говорим за технология, която е на почти 100 години, но е толкова важна за бъдещето.“