محطة ضخ وتخزين الطاقة الكهرومائية
التكنولوجيا > طريقة التشغيل

من حيث المبدأ ، تتكون كل محطة طاقة تخزين يتم ضخها من خزان تخزين علوي على الأقل (خزان مياه علوي) وخزان سفلي عميق (يسمى أيضًا خزانًا تحت الماء) ، كما هو موضح في الرسم التخطيطي المجاور. يوجد أنبوب أو عدة أنابيب لضخ المياه بين الحوضين. في أبسط الحالات ، تحتوي ورشة الآلة (ورشة التوربينات) في محطة الطاقة على توربين مائي ومضخة ومولد كهربائي دوار ، والتي يمكن تشغيله إما كمولد كهربائي أو كمحرك كهربائي لضخ المياه ، وتظهر باللون الأحمر في الرسم التخطيطي. في حالة محطات توليد الطاقة الكبيرة التي يتم ضخها وتخزينها هناك العديد من هذه الوحدات التي تعمل بالتوازي.
يتم تثبيت التوربين والآلة الكهربائية والمضخة ، بما في ذلك المعدات المساعدة مثل القوابض والتوربينات البادئة ، على عمود دوران مشترك. كما هو الحال في محطات الطاقة الأخرى ، وعادة ما يتم تصميم الآلة الكهربائية كآلة متزامنة ثلاثية الطور مع محرض . نظرًا لأن الآلات المتزامنة لا يمكن أن تبدأ بأمان من حالة توقف تام من تلقاء نفسها بسبب عزم القصور الذاتي عند تشغيل المحرك ، يتم توفير المعدات المساعدة مثل التوربينات البادئة الأصغر اعتمادًا على محطة الطاقة من أجل التمكن من رفع سرعة المحرك إلى سرعة عملية الضخ. بدلاً من ذلك ، في بعض محطات طاقة التخزين التي يتم ضخها ، يتم توفير آلات منفصلة غير متزامنة ثلاثية الطور كمحرك لتشغيل المضخة ، والتي لا تواجه أي مشاكل في بدء التشغيل. ثم يتم تشغيل الآلة المتزامنة حصريًا كمولد.
بينما يمكن للآلة الكهربائية أن تعمل كمولد وكمحرك للضخ، لا يمكن أن تعمل التوربينات أيضًا كمضخة. لهذا السبب ، تكون المضخة منفصلة عن التوربين ، وهي مصممة على شكل توربين فرانسيس أو توربين نفاث حر ، كوحدة مستقلة ، واعتمادًا على وضع التشغيل ، يتم توصيلها بصمام الأنابيب عبر صمامات البوابة. التوربين مقاوم للتباطؤ ، مما يعني أن التوربين يعمل في وضع الخمول دون أي وظيفة أثناء تشغيل المضخة. في حالة المضخة ، قد يؤدي التباطؤ في وضع المولد إلى حدوث تلف ، ولهذا السبب يجب فصل المضخة عن العمود عن طريق المعشق في وضع المولد.
يجب أن تكون قاعة محطة الطاقة أقل من ارتفاع الشفط الجيوديسي للحوض العميق (لتجنب التجويف ، أسفله بكثير) وغالبًا ما يتم تصميمها على أنها ما يسمى بمحطة طاقة الكهف ، كما هو موضح في الرسم التخطيطي الثاني باستخدام محطة تخزين Raccoon Mountain. في بعض محطات توليد الطاقة التي يتم ضخها ، مثل محطة توليد الطاقة بضخ المياه بلينهايم جيلبوا ، تقع ورشة الآلات بالكامل في الحوض السفلي.
يحدث ذلك أيضًا عند إغلاق صمامات الإغلاق في خطوط الضغط ، على سبيل المثال عند التبديل من تشغيل المولد إلى تشغيل المضخة ، إلى ارتفاع الضغط . للتعويض عن ذلك ، يتم توفير قفل مائي يعوض عن ارتفاع الضغط وبالتالي يمنع تلف خطوط الضغط. يمكن أيضًا أن تعمل محطات توليد الطاقة التي يتم ضخها بالضخ بأنابيب عالية جدًا تصل إلى 2000 م ليتم تشغيلها.
في حالة محطة توليد الطاقة التخزينية ، يتم حذف الحوض السفلي العميق وجهاز الضخ. في تلك الحالة يحتاج حتمًا تدفقًا داخليًا. في حالة محطات طاقة التخزين التي يتم ضخها ، يتم التمييز بين تلك التي لها تدفق داخلي في خزان التخزين العلوي وتلك التي لا تتدفق إلى الداخل.
بالإضافة إلى هذا التصميم الكلاسيكي ، تم بناء محطات طاقة توربينات المضخات أيضًا لناتج أصغر ، وهي مجهزة بما يسمى توربينات المضخات بدلاً من التوربينات والمضخة. توربينات المضخة عبارة عن آلة توربينية يمكن أن يتم التدفق من خلالها في كلا الاتجاهين وتعمل كمضخة أو توربين حسب اتجاه الدوران.
تعتمد كمية الطاقة المعبر عنها عنها عادةً بالميغاواط / ساعة في هذا السياق ، على كمية المياه التي يمكن تخزينها وفرق الارتفاع القابل للاستخدام بين الخزان العلوي والتوربين. في محطات التخزين بالضخ البحت ، عادة ما يتم تصميم سعة التخزين بطريقة تمكن المولدات من إنتاج الطاقة الكهربائية بأحمال كاملة لمدة لا تقل عن أربع إلى ثماني ساعات.
في بعض محطات توليد الطاقة يتم توسيع أحواض التخزين بواسطة بحيرة طبيعية باستخدام سد خرساني أو سد ردمي ، على سبيل المثال في محطة شلوخزي Schluchsee . بعض أحواض التخزين عبارة عن بحيرات طبيعية لا تحتاج لمثل هذه التوسعات ، وقد تم إنشاء عدد قليل من أحواض التخزين بشكل اصطناعي حصريًا ، على سبيل المثال حوض هورنبرغ وحوض إيجبرغ وفي محطة توليد الطاقة التي يتم فيها ضغط مياه نهر الإلبه في Geesthacht .