Die Studie identifiziert zwei Druckluftspeichermethoden und -standorte für den Nordwesten.
Einer neuen, umfassenden Studie zufolge könnte in porösen Gesteinen tief im Untergrund genug Nordwest-Windenergie gespeichert werden, um jeden Monat etwa 85.000 Haushalte mit Strom zu versorgen. Forscher des Pacific Northwest National Laboratory des Energieministeriums und der Bonneville Power Administration identifizierten zwei einzigartige Methoden für diesen Energiespeicheransatz und zwei Standorte im Osten Washingtons, um sie in die Praxis umzusetzen.
Druckluftspeicher könnten dazu beitragen, die reichlich vorhandene Windenergie der Region, die oft nachts bei starkem Wind und geringem Energiebedarf erzeugt wird, für später, wenn die Nachfrage hoch und die Stromversorgung angespannter ist, zu schonen. Diese Anlagen können auch innerhalb von Minuten zwischen Energiespeicherung und Stromerzeugung wechseln und bieten so die Flexibilität, die sehr variable Windenergieerzeugung der Region über den Tag verteilt auszugleichen.
Windpark Silhouette. Bildnachweis: Shutterstock / WDG Photo
„Angesichts der Standards für erneuerbare Portfolios, nach denen Staaten 20 bis 30 Prozent ihres Stroms aus variablen Quellen wie Wind und Sonne beziehen müssen, können Druckluftspeicher eine wichtige Rolle bei der Verwaltung und Integration erneuerbarer Energien in den Nordwesten spielen Stromnetz “, sagte Steve Knudsen, der die Studie für den BPA leitete.
Geologische Energiesparkonten
Alle Druckluftspeicher arbeiten unter der gleichen Grundvoraussetzung. Wenn viel Strom zur Verfügung steht, wird dieser aus dem Stromnetz bezogen und zum Antreiben eines großen Luftkompressors verwendet, der Druckluft in eine unterirdische geologische Speicherstruktur drückt. Später, wenn der Strombedarf hoch ist, wird die gespeicherte Luft wieder an die Oberfläche abgegeben, wo sie erwärmt wird und durch Turbinen strömt, um Strom zu erzeugen. In Druckluftspeicheranlagen können bis zu 80 Prozent des aufgenommenen Stroms wieder erzeugt werden.
Die beiden weltweit bestehenden Druckluftspeicher - einer in Alabama und der andere in Deutschland - verwenden künstliche Salzkavernen, um überschüssigen Strom zu speichern. Die PNNL-BPA-Studie untersuchte einen anderen Ansatz: die Verwendung von natürlichen, porösen Gesteinslagerstätten, die tief unter der Erde liegen, um erneuerbare Energie zu speichern.
Das Interesse an der Technologie hat in den letzten zehn Jahren stark zugenommen, da Versorgungsunternehmen und andere nach besseren Möglichkeiten suchen, erneuerbare Energien in das Stromnetz zu integrieren. Etwa 13 Prozent oder fast 8.600 Megawatt der Stromversorgung des Nordwestens stammen aus Wind. Dies veranlasste BPA und PNNL, zu untersuchen, ob die Technologie im Nordwesten eingesetzt werden könnte.
Forscher von PNNL und BPA haben einen Standort namens Yakima Minerals identifiziert, der etwa 16 km nördlich von Selah, Washington, liegt und einen geothermischen 83-Megawatt-Druckluftspeicher beherbergen könnte.
Um potenzielle Standorte zu finden, untersuchte das Forscherteam die Columbia Plateau-Provinz, eine dicke Schicht vulkanischen Basaltgesteins, die einen Großteil der Region bedeckt. Das Team suchte unter anderem nach unterirdischen Basaltlagerstätten mit einer Tiefe von mindestens 300 Metern, einer Dicke von 30 Metern und einer Nähe zu Hochspannungsleitungen.
Anschließend untersuchten sie die öffentlichen Daten von Bohrlöchern, die für die Erkundung oder Erforschung von Gasen am Standort Hanford im Südosten Washingtons gebohrt wurden. Bohrlochdaten wurden in das STOMP-Computermodell von PNNL gesteckt, das die Bewegung von Flüssigkeiten unter der Erde simuliert, um zu bestimmen, wie viel Luft die verschiedenen betrachteten Standorte zuverlässig halten und zur Oberfläche zurückkehren können.
Zwei verschiedene, sich ergänzende Designs
Die Analyse ergab zwei besonders vielversprechende Standorte im Osten Washingtons. Ein Standort, der als Columbia Hills Site bezeichnet wird, befindet sich nördlich von Boardman, Ore., Auf der Washingtoner Seite des Columbia River. Die zweite, Yakima Minerals Site, befindet sich etwa 16 km nördlich von Selah, Washington, in einem Gebiet, das als Yakima Canyon bezeichnet wird.
Das Forscherteam stellte jedoch fest, dass die beiden Standorte für zwei sehr unterschiedliche Arten von Druckluftspeichern geeignet sind. Der Standort Columbia Hills könnte auf eine nahe gelegene Erdgasleitung zugreifen, was ihn für eine konventionelle Druckluftenergieanlage geeignet macht. Eine solche konventionelle Anlage würde eine kleine Menge Erdgas verbrennen, um Druckluft zu erwärmen, die aus dem unterirdischen Speicher freigesetzt wird. Die erwärmte Luft würde dann mehr als doppelt so viel Strom erzeugen wie ein typisches Erdgaskraftwerk.
Die Yakima Minerals Site hat jedoch keinen einfachen Zugang zu Erdgas. Deshalb hat das Forscherteam einen anderen Druckluftspeicher entwickelt: einen, der Geothermie nutzt. Diese Hybridanlage würde Erdwärme aus dem tiefen Untergrund gewinnen, um eine Kältemaschine anzutreiben, die die Luftkompressoren der Anlage kühlt und sie effizienter macht. Geothermische Energie würde die Luft auch wieder erwärmen, wenn sie an die Oberfläche zurückkehrt.
"Die Kombination von Geothermie und Druckluftspeicherung ist ein kreatives Konzept, das entwickelt wurde, um technische Probleme am Standort Yakima Minerals zu lösen", sagte der PNNL-Laborstipendiat und Projektleiter Pete McGrail. „Unser hybrides Anlagenkonzept erweitert die geothermische Energie erheblich über die traditionelle Nutzung als erneuerbare Grundlast-Stromerzeugungstechnologie hinaus.“
Forscher von PNNL und BPA haben einen Standort namens Columbia Hills nördlich von Boardman, Ore., Auf der Seite des Columbia River im US-Bundesstaat Washington identifiziert, in dem sich ein 207-Megawatt-Energiespeicher für konventionelle Druckluft befinden könnte.
Die Studie zeigt, dass beide Einrichtungen über einen längeren Zeitraum hinweg Energiespeicher bieten könnten. Dies könnte insbesondere dem Nordwesten im Frühjahr helfen, wenn manchmal mehr Wind und Wasserkraft vorhanden sind, als die Region aufnehmen kann. Die Kombination aus starkem Abfluss von schmelzendem Schnee und viel Wind, der oft nachts weht, wenn der Strombedarf gering ist, kann die Stromerzeugung in der Region beschleunigen. Um das regionale Stromnetz in einer solchen Situation stabil zu halten, müssen die Stromnetzbetreiber die Stromerzeugung reduzieren oder die überschüssige Stromversorgung speichern. Energiespeichertechnologien wie der Druckluftspeicher können dazu beitragen, dass die Region ihre überschüssige saubere Energieerzeugung optimal nutzt.
In Zusammenarbeit mit dem Northwest Power and Conservation Council wird BPA nun die Leistungs- und Wirtschaftsdaten der Studie nutzen, um eine eingehende Analyse der Nettonutzen durchzuführen, die ein Druckluftspeicher für den pazifischen Nordwesten bringen könnte. Die Ergebnisse könnten von einem oder mehreren regionalen Versorgungsunternehmen zur Entwicklung eines kommerziellen Demonstrationsprojekts zur Speicherung von Druckluftenergie verwendet werden.
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