Pumped-Storage Hydroelectricity

Abstract:

Pumped-storage hydroelectricity has been proposed as one of the solutions to the nonstorability of intermittent energy. The basic economics of pumped storage is explored using thermal generation, pure intermittent energy and general hydropower “topped up” with pumpedstorage hydroelectricity. The implications of using pumped storage for trade in electricity between a hydro country and a foreign market and between a hydro country and an intermittent country both with exogenous and endogenous prices are analysed.


Abstract in Norwegian:

Sammendrag:

Et problem med å takle variasjonene i fornybar kraft som vind, solceller  og elvekraftverk med liten lagringsmulighet er hvordan overskuddsproduksjon av fornybar kraft kan lagres til perioder med  knapp produksjon av fornybar kraft. En løsning er pumpekraftverk. Ideen her er å pumpe vann opp i magasinene  når det er overskuddsproduksjon. Dette kan gjøres ved eksisterende kraftverk hvor vannet som har produsert strøm kan fanges opp og pumpes tilbake i magasinene. Dette kan selvsagt ikke være samfunnsøkonomisk lønnsomt hvis ikke det er en viss prisforskjell på elektrisiteten i overskuddsperioder og perioder med stor etterspørsel som i topplastperioder. I land med liten vannkraftproduksjon bygges det kunstige dammer som vann kan pumpes opp i. Også sjøvann kan utnyttes til dette. Men Norge kan utnytte eksisterende dammer ved å installere reverserende turbiner. Vi kan også si at det å ikke bruke av vannkraftmagasinene når det er tilstrekkelig fornybar kraft til å dekke etterspørselen også betyr at vannkraften brukes som om det var et pumpekraftverk.

Formålet med arbeidet er å gi en kvalitativ karakterisering av rollen til pumpekraftverk ved å bruke en stilisert modell av et pumpekraftverk sammen med en eller flere andre teknologier.

En opprinnelig bruk av pumpekraftverk var å kombinere et varmekraftverk med et pumpekraftverk for å kunne kjøre varmekraftverket jevnere og møte toppbelastninger med å utnytte pumpekraften. En grafisk illustrasjon viser hvordan pristoppene kan «høvles ned» ved å bruke overskuddsproduksjon i perioder med lav etterspørsel til å pumpe opp vann. Prisene blir dermed utjevnet mellom perioder med høy og lav etterspørsel.

Når man har vannkraftverk med magasiner så kan utnyttelsen av vannkraftverk formelt virke som om vi har pumpekraftverk. Når produksjonen av f.eks fornybar kraft er stor, så kan man la være å tappe magasinene for så å tappe fra magasinene igjen når fornybar produksjon blir mindre. Konkret pumping opp av vann igjen vil formelt være det samme som standard utnytting av magasin. Men en forskjell er at det må være en viss forskjell i pris ved konkret pumping fordi det blir et uunngåelig  energitap å pumpe opp vann for så å utnytte vannet igjen til elektrisitetsproduksjon. En «stop-go» politikk med utnyttingen av magasin har ikke en slik konkret grense, men fornybar kraft utnyttes når prisen er lav for så å bruke vannet igjen når prisen er høyere.

Norske vannkraftverk som pumpekraftverk for land som Tyskland som satser stort på vind-og solkraft, har vært diskutert seriøst i Tyskland i forbindelse med varslet nedlegging av kjernekraftverk etter atomulykken i Japan. «Energiewende» vil gå lettere med Norge som et pumpekraftverk.  Den stiliserte modellen kan brukes til å studere handel mellom land med store forskjeller i energiteknologier, som vannkraft i Norge og vindkraft i Danmark og vind og sol i Tyskland. Kapasiteten på overføringsnettet kommer da også inn i bestemmelsen av priser.

Published June 20, 2017 10:17 AM - Last modified July 27, 2017 7:39 AM