Inleiding
Pompaccumulatiecentrales zijn een type waterkrachtcentrale en worden geclassificeerd als een vorm van hernieuwbare (groene) energieopwekking.
Pompaccumulatiecentrales zetten potentiële energie om in elektrische energie of elektrische energie in potentiële energie. Dit wordt bereikt door water van een hoge naar een lage hoogte te laten stromen of door water van een lage naar een hoge hoogte te pompen. Wanneer water naar een lagere hoogte stroomt, genereert de centrale elektriciteit. Wanneer water naar een hogere hoogte wordt gepompt, creëert de centrale een opslag van potentiële energie. Pompaccumulatiecentrales maken gebruik van Francis-turbines omdat deze zowel als hydraulische pomp als hydraulische turbine kunnen functioneren.
Pompaccumulatiecentrales worden ingezet om de frequentie, spanning en stroomvraag binnen het elektriciteitsnet te balanceren; ze worden vaak gebruikt om extra megawattcapaciteit aan het net toe te voegen tijdens perioden van hoge stroomvraag. Daarom worden pompaccumulatiecentrales ook wel 'piekaanbodcentrales' genoemd.
Elektriciteitsnet Stroomvraag Grafiek
Omdat pompaccumulatiecentrales netbeheerders in staat stellen om stroom 'op aanvraag' te leveren, hebben ze een hoge mate van dispatchbaarheid (het vermogen om snel stroom aan het net te leveren wanneer dat nodig is).
Ontwerp van de Centrale
Ongeacht de geografische locatie hebben alle pompaccumulatiecentrales een bovenbassin en onderbassin nodig. Het hoogteverschil tussen de boven- en onderbassins wordt de 'drukhoogte' genoemd en moet aanzienlijk zijn om de centrale efficiënt te laten werken.
Een aanvoerpijp verbindt het bovenbassin met een Francis-turbine in het machinehuis. Een trechter en uitlaatkanaal verbinden de Francis-turbine met het onderbassin.
Pompaccumulatiecentrale Indeling
Geniet van dit artikel? Bekijk dan zeker onze Videocursus Waterkrachtcentrales! De cursus bevat een quiz, handboek, en je ontvangt een certificaat bij voltooiing van de cursus. Geniet ervan!
Hoe Pompaccumulatiecentrales Werken
De onderstaande video is een fragment uit onze Introductie tot Waterkrachtcentrales Online Videocursus.
Hoe Pompaccumulatiecentrales Stroom (Elektriciteit) Genereren
Water stroomt van het bovenbassin, door de aanvoerpijp, naar de Francis-turbine. Terwijl het water over de Francis-loper bladen stroomt, ontstaat er een drukverschil dat koppel (draaiende kracht) op de loper uitoefent. De loper begint te draaien.
De turbine-loper is verbonden met een elektrische generator op een gemeenschappelijke as. Terwijl de loper draait, draait ook de generatorrotor. Terwijl de rotor door het elektromagnetische veld binnen de generator draait, wekt het stroom op in de statorwikkelingen en begint er elektrische stroom te vloeien. De elektrische stroom wordt meestal naar eindgebruikers gestuurd via een schakeltuin en een elektrische transformator.
Elektriciteitsnet
Water dat uit de turbine-loper wordt afgevoerd, komt in een trechter waar een deel van de kinetische energie wordt teruggewonnen en omgezet in potentiële energie; het water komt vervolgens in het uitlaatkanaal en wordt afgevoerd naar het onderbassin.
In dit voorbeeld werd de potentiële energie van water door de turbine-loper omgezet in mechanische energie. De mechanische energie werd via een gemeenschappelijke as overgebracht naar een generator, die de mechanische energie omzette in elektrische energie. Het hele proces kan continu doorgaan totdat het bovenbassin leeg is.
Hoe Pompaccumulatiecentrales Potentiële Energie Opslaan
Water wordt door de Francis-turbine-loper van het onderbassin naar het bovenbassin gepompt. Het stromingspad is hetzelfde als bij het genereren van elektriciteit, behalve dat de stromingsrichting is omgekeerd omdat de Francis-loper als pomp in plaats van turbine wordt gebruikt.
Economische Aspecten van Pompaccumulatiecentrales
Pompaccumulatiecentrales zijn afhankelijk van de variërende elektriciteitsprijs om winst te maken. Veel thermische centrales (kolengestookt, gasgestookt, enz.) kunnen hun MW-output niet snel verhogen of verlagen omdat dit grote thermische spanningen op de centralecomponenten (waterpijpketel, leidingen, enz.) zou veroorzaken. Om deze reden produceren thermische centrales bijna evenveel stroom 's nachts als overdag.
Overdag is er vraag naar stroom en zijn de elektriciteitsprijzen hoog. 's Nachts is er geen vraag naar stroom en zijn de elektriciteitsprijzen laag. Pompaccumulatiecentrales kopen 's nachts stroom om water naar het bovenbassin te pompen, waarna ze overdag stroom genereren en terugverkopen aan het net, wanneer de vraag - en prijs - hoger is.
Voorbeeld 1
Stroom wordt gekocht van het net voor 1ct/kWh om water van het onder- naar het bovenbassin te pompen.
Stroom wordt verkocht aan het net voor 2ct/kWh door water van het boven- naar het onderbassin te laten stromen.
De pompaccumulatiecentrale heeft tijdens dit proces 1ct/kWh winst gegenereerd omdat:
2ct/kWh (verkoop) - 1ct/kWh (aankoop) = 1ct/kWh (winst).
Pompaccumulatiecentrales hebben jarenlang op deze manier gewerkt, maar de recente toename van hernieuwbare energiebronnen verandert de dynamiek van de energie-industrie.
Voorbeeld 2
Het is een zonnige en winderige dag, veel zonne- en windenergiecentrales zijn online en genereren stroom. Door deze toename van beschikbaarheid van stroom is er een overschot in het net en daalt de prijs van elektrische stroom evenredig.
De prijs van stroom daalt overdag zo sterk dat pompaccumulatiecentrales online kunnen komen en stroom kunnen kopen om water naar het bovenbassin te pompen.
In dit scenario worden pompaccumulatiecentrales zowel dag als nacht gebruikt om het overschot aan stroom in het net te compenseren en om stroom te leveren tijdens piekperiodes van stroomvraag. Dit scenario is relatief nieuw en heeft ertoe geleid dat pompaccumulatiecentrales een meer geïntegreerd onderdeel van het elektriciteitsnet zijn geworden.
3D Model Componenten
Dit 3D-model toont alle belangrijke componenten die horen bij een typische pompaccumulatie centrale, waaronder:
- Boven- en Onderbassin
- Aanvoerpijp
- Vuilrooster
- Afsluiters
- Schakelapparatuur
- Turbine-loper (Francis)
- Spiraal/Voluutbehuizing
- Trechter
- Generator
- Elektrische Transformator
- Openlucht Schakeltuin
Gerelateerde Online Technische Cursussen
Introductie tot Waterkrachtcentrales
Hoe Waterkrachtcentrales Werken
Overzicht Waterkrachtcentrales
Synchrone Elektrische Generatoren
Aanvullende Bronnen
http://www.wvic.com/content/how_hydropower_works.cfm
https://science.howstuffworks.com/environmental/energy/hydropower-plant.htm
https://en.wikipedia.org/wiki/Francis_turbine