Energetikos sektorius vis labiau primena virtuvę, kurioje maistas pristatomas didžiuliais kiekiais, tačiau svečiai vakarienės nori konkrečiu laiku. Vėjas ir saulė kartais vienu metu į tinklą tiekia tiek daug elektros, kad ją tampa sunku racionaliai „suvartoti“. O didžiausio poreikio valandomis staiga ima stigti galios.
Dėl šios priežasties Vakarų Kinijoje įgyvendinamas projektas, kuris nepridės dar vieno gamybos šaltinio, bet spręs kur kas sudėtingesnę energetinės transformacijos užduotį – energijos kaupimą tokiais mastais, kai kalbama nebe apie megavatus, o apie ištisus gigavatus.
Didžiausia projekto dalis vyksta po kalnu, šimtus metrų uolienoje. Ten kasamos erdvės įrangai, kuri kels vandenį į viršutinį baseiną, kai elektros bus per daug, ir leis jam tekėti atgal per turbinas, kai tinklui prireiks pagalbos. Ši elektrinė veiks tarsi bankas, tik kaups ne pinigus, o laiką: ji „užrakins“ energijos perteklių aukščių skirtume tarp dviejų vandens telkinių ir atiduos jį tada, kai energija turės didžiausią vertę.
Milžiniškas energijos sandėlis kalnuose
Hidroakumuliacinė (pumpuojamoji) elektrinė veikia kaip milžiniška baterija kraštovaizdžio mastu. Kai elektros energijos yra perteklius, ji sunaudojama pumpuojant vandenį į viršutinį rezervuarą. Kai elektros ima trūkti, vanduo leidžiamas žemyn per turbinas ir vėl paverčiamas elektra. Idėja paprasta, tačiau įgyvendinimas – milžiniškas, ypač reljefe, esančiame maždaug 3000 metrų aukštyje virš jūros lygio.
Šiuo atveju kalbama apie hibridinę sistemą: tradicinė hidroelektrinė ir akumuliacinis blokas veiks kartu, kad visas kompleksas būtų ir galios šaltinis, ir tinklo stabilizatorius. Planuojama, kad bendra galia sieks apie 4,2 GW, iš kurių akumuliacinę dalį sudarys keturios reversinės (dvigubos paskirties) agregatų grupės po 300 MW kiekviena.
Toks sprendimas padeda spręsti ne vien orų nepastovumo problemą. Vis labiau siekiama reguliavimo funkciją perkelti nuo iškastiniu kuru kūrenamų elektrinių prie energijos kaupimo ir srautų valdymo. Regionams, kurie sparčiai plėtoja vėjo ir saulės energetiką, tai neretai tampa vieninteliu keliu išvengti energijos švaistymo, kai pasiūla gerokai viršija paklausą.
Po kalnų masyvu beveik 500 metrų gylyje iškasta požeminė mašinų salė. Jos ilgis siekia apie 200 metrų, aukštis – beveik 60 metrų, o virš jos esantis uolienų sluoksnis vietomis viršija 650 metrų. Tokios ertmės iškasimo pabaiga paprastai žymi naują projekto etapą: nuo „kovos su geologija“ pereinama prie įrangos montavimo ir instaliavimo. Lygiagrečiai pradėtas ir apatinio rezervuaro betonavimas.
Darbai tokioje vietovėje primena beveik karinio lygio logistikos operaciją. Aukštis virš jūros lygio, klimatas, trumpas tinkamų orų laikotarpis, sudėtingas medžiagų tiekimas ir specialistų prieinamumas – visa tai daro darbų grafiką gerokai trapesnį nei lygumose vykdomuose projektuose.
Kodėl Kinija masiškai investuoja į tokias „baterijas“?
Žvelgiant iš elektros tinklo perspektyvos, didžiausias atsinaujinančių išteklių iššūkis nėra vien galios trūkumas, o netolygus jos pasiskirstymas laike. Be stambių kaupimo sistemų elektra gali būti pigi tada, kai jos pakanka visiems, ir labai brangi tada, kai jos pradeda trūkti visur.
Hidroakumuliacinės elektrinės yra vienas iš nedaugelio įrankių, galinčių „išlyginti“ tokius svyravimus gigavatų ir daugiavalandžių ciklų mastu. Kinijoje tai ypač matyti iš skaičių ir įgyvendinimo tempo: šalis yra pasaulinė hidroakumuliacinių pajėgumų lyderė, o pagal pramonės apžvalgose minimus vertinimus buvo prognozuota, kad 2030 m. numatyti tikslai gali būti pasiekti anksčiau, nes šiuo metu statoma itin daug naujų objektų.
Strateginiame plane toks kalnų energijos „magazinas“ atlieka energijos perskirstymo stoties vaidmenį: jis sugeria vėjo ir saulės elektrinių gamybos perteklių, o vėliau grąžina jį į tinklą tada, kai sistemai reikia stabilizacijos ir papildomos galios. Tinklo operatoriui tai – priemonė mažinti energijos švaistymą ir išlaikyti sistemos parametrus leistinose ribose.
Tokie objektai projektuojami atsižvelgiant ne tik į dabartinius poreikius, bet ir į būsimą naujų šaltinių plėtrą. Šiuo atveju numatoma, kad elektrinė taps „inkaru“ dideliam regione planuojamų atsinaujinančių išteklių paketui, kurio galia skaičiuojama gigavatais. Be akumuliacijos jų nauda didžiausios generacijos valandomis būtų gerokai mažesnė.
Verta prisiminti ir tai, kad hidroakumuliacinė elektrinė yra „akumuliatorius“, kurio ekonominis efektyvumas nemažėja didėjant projekto mastui. Cheminių baterijų atveju, augant talpai, dažnai sparčiai didėja kaina ir tiekimo grandinių sudėtingumas, o intensyviai cikliuojant ribojančiu veiksniu tampa ilgaamžiškumas. Vanduo ir aukščių skirtumas remiasi kitokia inžinerine baze: pradžioje brangia, tačiau, tinkamai suprojektavus infrastruktūrą, galinčia tarnauti daugelį dešimtmečių.
Vis dėlto yra kaina, kurios išvengti nepavyksta: geografija ir aplinka. Tokie projektai užima dideles teritorijas, keičia kraštovaizdį, reikalauja milžiniškos, neretai nuo nulio tiesiamos infrastruktūros. Daugelyje šalių būtent šie veiksniai stabdo hidroakumuliacinių įrenginių plėtrą, nepaisant patrauklių ekonominių ir techninių rodiklių.
Anksčiau ar vėliau tenka pripažinti: energetikos revoliucija nebus laimėta vien saulės moduliais ir vėjo turbinomis. Jie gamina elektrą. Tikroji užduotis prasideda tuomet, kai visą šią energiją reikia į tinklą įleisti tinkamu momentu, o ne vien tada, kai danguje susiklosto palankios sąlygos.
