能源效率| 整合风能与水能形成可再生能源

盖尔多夫（Gaildorf）的Naturstromspeicher是一处自然能量储存地，它将抽水蓄能水电站与风力发电场相结合。该试点项目位于德国南部的巴登符腾堡州的一个乡村，采用国际技术集团的水泵，且是世界同类型项目中的首例。

该项目获得了德国联邦环境、自然保护、建筑和核安全部的环境创新计划拨款的715万欧元资金资助。它利用风力涡轮机的风塔和基座作为蓄水池，总容积达16万立方米，将风轮轮毂的高度增加了40米，风能发电量也由此提高了25%。

在建筑和机械方面，Naturstromspeicher全部采用标准化技术，使项目成本更具竞争力，且保证了装置的长期运行。

工作原理

总部位于德国的国际技术集团福伊特公司将为这一特殊项目提供水泵水轮机。该发电厂的核心设备是三台可逆式弗朗西斯水轮机，其总发电量达到了16兆瓦。系统的工作原理既简单又巧妙。

该图显示了当项目建设完工后，具有特殊基座的风塔会出现的样子。

如果电力过剩，抽水蓄能电站就会切换到泵送模式，将水从较低处的蓄水池输送到风塔较高处的蓄水池中。如果电网中的用电需求增加，则水将通过压力水管从上游的蓄水池排放到底部，使水轮机运动起来，可以在几秒钟内发电并馈送至电网。

盖尔多夫小镇附近正在建设一个试点项目，该镇位于德国联邦邦达-符腾堡州东北部，有12,000名居民。 未来的PSP有三种标准化输出类别，即16MW、24MW及32MW。它们的这种设计即将获得认证，旨在满足下部和上部蓄水池之间长达150米到350米的总落差。

该图显示了一旦Naturstromspeicher项目在2018年底全面投入运营，盖尔多夫（Gaildorf）镇周围可能出现的景观。

为了尽量减少对环境的影响，将抽水蓄能电站（PSP）的上部蓄水池整合到每个风塔的底部（主动蓄水池），以及所有四个风塔的周边地区（被动蓄水池）。只要达到蓄水池内的最高水位，就会用一个截止阀将平坦的被动蓄水池与主动蓄水池分开。在风塔地基施工期间挖掘出的材料将重新用于回填在混凝土墙壁后面，以提供支撑并平滑过渡到自然地表。

组合式发电厂的计划成本明显低于在单独场址分别建设的成本。

鸟瞰图中的红线显示了地下压力水管的路线，它首先连接四个独立的上部蓄水池。上部蓄水池的总容积达16万立方米，可在涡轮机模式下满载荷运行4小时。

一般情况下，压力水管的路线不会出现很多弯曲的情况。但在本案例中，为了防止对森林造成破坏，他们沿着现有的森林服务道路铺设了压力水管的管路。第四个主动蓄水池还充当缓冲水池，以允许PSP运行期间出现快速的加载梯度。

该图显示了系统如何利用水来储存其他可再生能源产生的能量。

与科克河相毗邻的区域（下部蓄水池）具有双重用途。在河流保持正常流量的情况下，如果上部蓄水池被排空，则下部蓄水池可容纳16万立方米的水，另外还有10,000立方米的蒸发储量和10,000立方米的最小储水量，这是为了生态因素（例如鱼群）所必需达到的条件。

即使遭受10年一遇的罕见洪水，下部蓄水池还可容纳3万立方米的水量，也就是说在紧急情况下，下部蓄水池可用作滞留池。所以下部蓄水池的总存储容量为21万立方米。这种略大的下部蓄水池受到了盖尔多夫市政府的青睐，因为他们肩负防洪的责任，必须满足新的防洪要求。

混合式发电厂的优点

混合式发电厂的关键之处在于技术之间的协同配合。建设组合式发电厂的规划成本明显低于在单独的场所分别建设的成本。专用路线的基础设施是一次性建设。PSP和风力涡轮机使用相同的电网连接。在可能的情况下，风力涡轮机的电缆与压力水管共用一条沟槽。

混合式风力-水力发电厂的基本布局鸟瞰图。

四台风力发电机和PSP的三台电动发电机，通过20KV的埋地电缆连接到同一个变电站。在建设早期，由一个专家团队向当地居民和当地政府阐明该解决方案在技术和生态方面的优点。该团队成员包括工程师、地质学家、生物学家、地球生态学家、噪音消除和社区关系专家。

动力室是深挖型的，包括三台相同的可逆式变速涡轮机，以及三台鼠笼式感应电动发电机（异步电动发电机）。盖尔多夫PSP的总有功功率约为16MW。采用功率半导体器件中的IGCT技术，将每台电动发电机的定子端子连接到功率半导体的四象限三电平电压源逆变器（VSI）。

此外，还有其他一些优点，例如，它在工作时能够适应更大的水位差变化，在涡轮机模式下，部件负载极限可降至较低的值。另一个重点是在提供辅助服务时可改善抽水蓄能的动态响应。例如，所有三台立式发电装置都具有正主频率控制能力，即在涡轮机模式下，从静止到满载的起动时间应为30秒。