Jak działa elektrownia szczytowo pompowa i do czego jest wykorzystywana?

Elektrownia szczytowo-pompowa (ESP) umożliwia skuteczne magazynowanie energii elektrycznej na dużą skalę poprzez zamianę nadwyżki prądu w energię potencjalną wody. Jest ona wykorzystywana w celu stabilizacji sieci elektroenergetycznej, szczególnie w systemach z dużym udziałem odnawialnych źródeł energii. Dzięki bardzo szybkiemu rozruchowi oraz wysokiej elastyczności operacyjnej ESP stały się kluczowym ogniwem nowoczesnej infrastruktury energetycznej[1][2][3][4].

Jak działa elektrownia szczytowo-pompowa?

ESP składa się z dwóch połączonych zbiorników wodnych: górnego i dolnego. W czasie nadwyżki energii, np. nocą lub podczas dużej produkcji z odnawialnych źródeł, energia elektryczna wykorzystywana jest do pracy pomp, które tłoczą wodę z dolnego zbiornika do górnego. Tym samym energia elektryczna zostaje zmagazynowana w postaci energii potencjalnej grawitacji wody w górnym zbiorniku[1][2][4][6].

Gdy rośnie zapotrzebowanie na energię, woda spływa z górnego do dolnego zbiornika przez pompo-turbiny. Ruch wody przekształca zgromadzoną energię potencjalną najpierw w energię kinetyczną, następnie mechaniczną, a ostatecznie w energię elektryczną za pomocą generatora[1][2][4][6]. Ten cykl umożliwia wykorzystanie zgromadzonej energii dokładnie wtedy, gdy jest ona najbardziej potrzebna w systemie[1][2][4].

Najważniejsze elementy techniczne ESP

Podstawową rolę odgrywają tu pompo-turbiny zdolne do pracy zarówno jako pompy, jak i turbiny. Przykładem są turbiny Francisa, które w zależności od kierunku przepływu wody pracują w trybie pompy (ładowanie energii) lub turbiny (oddawanie energii)[2][6].

Do głównych komponentów zalicza się: dwa zbiorniki wodne na różnych poziomach, systemy rur i kanałów, generatory oraz rozdzielnie. Najnowocześniejsze ESP są zaprojektowane dla osiągnięcia pełnej mocy w ciągu kilku minut – np. rozruch w Elektrowni Porąbka-Żar trwa 180 sekund[1][4].

Dzięki użyciu siły grawitacji oraz opomiarowanej automatyzacji ESP mogą działać jako magazyny energii o pojemności sięgającej gigawatogodzin, odpowiadając na nagłe zmiany zapotrzebowania[2][4].

Charakterystyka efektywności i sprawności

ESP nie generuje netto energii – głównym celem jest jej magazynowanie i elastyczna dystrybucja w okresach największego popytu na prąd[4][8]. Sprawność cyklu energetycznego mieści się w zakresie 70-80% (choć technicznie wynosi od 65 do 85%), co oznacza, że część energii jest tracona w procesie ładowania i rozładowania[4][8].

Dużą zaletą jest krótki czas przełączenia pomiędzy fazą ładowania i rozładowania oraz pełna kontrola nad rozpoczęciem oddawania energii. ESP pozostaje obecnie najważniejszym magazynem energii o największej skali zastosowania, wykorzystywanym w krajowych systemach elektroenergetycznych[1][2][4][5].

Do czego wykorzystywana jest elektrownia szczytowo-pompowa?

ESP pełni kluczową rolę w stabilizacji sieci elektroenergetycznej. Pomaga bilansować nadwyżki i niedobory mocy oraz zapewnia tzw. rezerwę wirującą, dostępność w przypadku awarii (usługa black-start) i szybkie zwiększenie lub zmniejszenie podaży energii w sieci[1][2][3].

Szczególną wartość elektrownie tego typu mają dla nowoczesnych systemów energetycznych opartych na źródłach odnawialnych (OZE), które są zależne od zmiennej produkcji. Dzięki magazynowaniu nadmiaru energii możliwa jest efektywna integracja z takimi źródłami jak fotowoltaika czy wiatraki[2][3].

ESP wykorzystuje się również do zarządzania chwilowymi wahaniami cen energii poprzez pompowanie w okresach taniej energii i oddawanie w czasie wyższych cen, co przyczynia się do stabilności systemu energetycznego[3][6].

Aktualne trendy i przyszłość ESP

W dobie rosnącego udziału OZE w miksie energetycznym rośnie znaczenie ESP jako magazynu energii na dużą skalę. Tego typu instalacje umożliwiają planowanie produkcji energii, a ich elastyczność czyni je nieodzownym elementem przyszłych systemów energetycznych[2][3].

Obecnie projektowane są nowe instalacje, które mogą pracować zarówno w systemie zamkniętym, jak i otwartym, w zależności od warunków terenowych oraz dostępności wody. Technologia ESP pozostaje najskuteczniejszym sposobem gromadzenia i szybkiego oddawania energii elektrycznej na poziomie gigawatów[5][8]. Dzięki temu można skutecznie przeciwdziałać problemom niestabilności sieci oraz blackoutom[1][2][4].

Podsumowanie

ESP stanowi efektywne i wydajne rozwiązanie do magazynowania energii, wykorzystując zasadę zamiany energii elektrycznej w potencjalną oraz jej odzyskiwanie w razie potrzeby. Kluczowa rola tych elektrowni wiąże się z bezpieczeństwem energetycznym państw oraz stabilizacją zaopatrzenia w energię, zwłaszcza w kontekście dynamicznego rozwoju odnawialnych źródeł energii[1][2][3][4].

Źródła:

• [1] https://polecosystem.pl/artykul/elektrownia-szczytowo-pompowa-czym-jest-zasady-dzialania/
• [2] https://www.izabelakrakowiak.pl/elektrownie-szczytowo-pompowe-idealny-magazyn-energii/
• [3] https://alterga.com/blog/2023/czym-sa-i-jak-dzialaja-elektrownie-szczytowo-pompowe/
• [4] https://pl.wikipedia.org/wiki/Elektrownia_szczytowo-pompowa
• [5] https://leonardo-energy.pl/artykuly/elektrownie-szczytowo-pompowe-przeglad-technologii/
• [6] https://savree.com/pl/encyklopedia/elektrownia-szczytowo-pompowa-turbina-francisa
• [7] https://www.youtube.com/watch?v=pSmd0YBiU60
• [8] https://www.odnawialne-firmy.pl/wiadomosci/pokaz/34,elektrownia-wodna-szczytowo-pompowa-zasada-dzialania