Kod konvencionalnih hidroelektrana voda iz akumulacijskog jezera protječe kroz postrojenje i nastavlja dalje svojim prirodnim tokom. Postoji i druga vrsta hidroelektrana, tzv. reverzibilne hidroelektrane (eng.: pumped-storage plant), koja ima dva skladišta vodene mase. To su:
gornja akumulacija - istovjetan je akumulacijskom jezeru klasičnih hidroelektrana. Gradnjom brane osigurava se akumulacija vode, koja protiče kroz postrojenje i rezultira proizvodnjom električne energije.
donja akumulacija - voda koja izlazi iz hidroelektrane ulijeva se u drugo, donje, akumulacijsko jezero, umjesto da se vraća u osnovni tok rijeke.
Shema postrojenja reverzibilne hidroelektrane TVA (Tennessee Valley Authority) na planini Raccoon
Spektar snage struje dobivene sustavom napumpanog spremnika. Zelena boja predstavlja snagu utrošenu za pumpanje vode, dok crvena boja predstavlja generiranu snagu.
U razdoblju niske potražnje električne energijevoda se pumpa iz nižeg u viši spremnik vode. U razdoblju više potražnje za električnom energijom voda se propušta, kroz turbinu natrag u niži rezervoar i pritom se proizvodi električna struja! Reverzibilna turbina/generator može se ponašati i kao pumpa i kao turbina (obično kao Francis turbina). Postoje postrojenja koja koriste napuštene rudnike kao niže spremnike, ali u većini slučajeva su to prirodni spremnici ili čak "umjetni" (iskopani) spremnici. Čiste reverzibilne hidroelektrane izmjenjuju vodu između dvaju spremnika, a kombinirane reverzibilne hidroelektrane ujedno proizvode električnu energiju kao konvencionalne hidroelektrane kroz energiju toka vode! Za elektrane koje ne koriste tzv. sustav napumpanog spremnika (eng.: pumped-storage) možemo reći da su konvencionalne hidroelektrane. Konvencionalne hidroelektrane koje koriste akumulaciju vode mogu imati sličnu ulogu u električnoj mreži kao one sa sustavom napumpanog spremnika, tako da odgađaju proizvodnju električne energije sve dok to nije potrebno.
Uzimajući u obzir gubitke zbog isparavanja akumulirane vode i gubitke zbog pretvorbe, približno 70% do 85% električne energije koja se koristi za pumpanje vode u viši spremnik može biti ponovno dobiveno. Ova tehnologija je trenutno najisplativija u smislu spremanja velike količine električne energije, ali investicijski troškovi i prisutnost problema primjerenog geografskog položaja (razlika u visini između spremnika) su kritični čimbenici pri odlučivanju o izgradnji.
Relativno niska gustoćaenergije pumpanog spremnika iziskuje ili veliku količinu vode ili veliku razliku u visini između dvaju spremnika. Naprimjer, 1000.kilogramavode (1 kubični metar) na vrhu sto metara visokog tornja ima potencijalnu energiju od oko 0,272 KWh. Jedini način da stvorimo značajniju količinu električne energije je taj da imamo veliku količinu vode na što višem mjestu iznad donjeg spremnika. Na nekim područjima ovo se pojavljuje prirodno, a na nekim je čovjek svojim djelovanjem to omogućio.
Sustav može biti vrlo ekonomičan jer poravnava razlike u opterećenju mreže, dozvoljavajući termoelektranama (npr. termoelektrana na ugljen), nuklearnim elektranama i obnovljivim izvorima energije da opskrbljuju sutav energijom. Ovo omogućuje da sustav radi s vršnom iskoritivošću, a da se pritom izbjegne rad na makimalnom opterećenju gore navedenih elektrana. To za sobom povlači velike uštede na sve skupljim gorivima. No, investicijski troškovi za izgradnju spremnika s vodom su poprilično visoki.
Zajedno s gospodarenjem i upravljanjem energijom, sustavi s napumpanim spremnikom (eng.: pumped-storage) pomažu kontrolirati frekvenciju električne mreže i omogućuju stvaranje zaliha. Termoelektrane puno teže podnose iznenadne promjene električne potražnje, a ujedno mogu uzrokovati nestabilnost frekvencije i napona mreže. Elektrane sa sustavom napumpanog spremnika (eng.: pumped-storage), kao i ostale hidroelektrane, jako se dobro nose s promjenama opterećenja.
Gornji spremnik (Llyn Stwlan) i brana Ffestniog reverzibilne hidroelektrane u sjevernom Walesu. Hidrocentrala ima 4 vodene turbine koje proizvode 360 MW snage. Koliko je brana zapravo velika, za usporedbu pogledajte automobil koji se nalazi u podnožju.
Sustav s napumpanim spremnikom (eng.: pumped-storage) prvi je put izveden 1890.godine u Italiji i Švicarskoj. Reverzibilne turbine su se pojavile tek 1930.godine. Takve turbine mogu raditi i u režimu turbina/generator i kao pumpa pogonjena elektromotorom. Posljednja tehnologija na ovom polju su strojevi s varijabilnom (promjenjivom) brzinom vrtnje zbog veće učinkovitosti. Takvi strojevi proizvode električnu energiju u sinkronizaciji s frekvencijom mreže, ali djeluju asinkrono kao pumpa.
Danas se hidroelektrane sa sustavom napumpanog spremnika (eng.: pumped-storage) koriste kako bi se izjednačio kolebljiv output intermitentnih izvora energije. Sustav napumpanog spremnika apsorbira opterećenje u razdobljima visoke proizvodnje i niske potražnje. U nekim slučajevima, cijene električne energije mogu biti blizu nule ili povremeno čak i negativne (Ontario, početkom rujna2006.). To pokazuje da postoji više električne energije nego što opterećenje može apsorbirati. Iako, to se događa samo zbog vjetra. Što više struje dobijemo iz vjetra, mogućnost za takvo što raste. Poprilično je moguće da će sustavi s napumpanim spremnikom (eng.: pumped-storage) postati posebno važni kao balans za proizvodnju električne struje iz PV.
U 2000.godiniSAD su imale 19,5 GW instaliranih u obliku reverzibilnih hidroelektrana (ukupno 2,7% od ukupne instalirane snage). PHS (Pumped Hydroelectric Storage) je proizveo (neto) -5,5 GWhelektrične energije zbog toga što je više energije iskorišteno za pumpanje vode nego što je proizvedeno. Gubici se pojavljuju u obliku isparavanja vode, stupnja korisnosti turbine/generatora i trenja.
1999.godineEU je imala 32 GW instalirane snage u obliku reverzibilnih hidroelektrana od ukupno 188 GW instalirane snage svih hidroelektrana u širem smislu, što je 5,5% od ukupnog kapaciteta proizvodnje u EU.
Ispitivala se upotreba podzemnih spremnika koji bi služili kao niže brane! Mogu se koristiti crpilišta soli
(eng.: salt mines), međutim nepoželjno otapanje soli može predstavljati problem. Ako se pokažu dostupnima, podzemni sustavi mogli bi uvelike povećati broj lokacija gdje bi se električna energija dobivala sustavom napumpanih spremnika. Solna otopina ima za oko 20% veću gustoću nego što to ima svježa voda.
Novi planovi za sustave napumpanih spremnika je iskoristit što je više moguće vjetroturbine ili solarnu energiju za pogon pumpi. To bi moglo omogućiti da cijeli proces bude mnogo učinkovitiji i da se uglade promjenjivosti energije dobivene od vjetra ili sunca.
Naputak: Norveška ima mnogo velikih hidroelektrana. Na nekim lokacijama izlistanim dolje, nema proizvodnje električne energije: pumpe se koriste za premještanje vode u akumulacije konvencionalnih hidroelektrana.
[3][4][5]
San Luis Dam (William R. Gianelli) (1968.), 424 MW
Colorado
Cabin Creek (1967.), 324 MW
Mount Elbert 200 MW, 1212 MW
Connecticut
Rocky River (1929.), 31 MW
Georgia
Rocky Mountain Pumped Storage Station, 848 MW
Wallace Dam, Lake Oconee/Lake Sinclair, 4 x 52 MW reversible units - operated by Georgia Power
Hawaii
Koko Crater, Oahu, Hawaii (Prijedlog)
Massachusetts
Bear Swamp Generating Station (1972.), 600 MW
Northfield Mountain (1972.), 1080 MW
Michigan
Ludington Pumped Storage Power Plant (1973.), 1872 MW
Missouri
Mark Twain Lake|Clarence Cannon dam (1983.), 58 MW (Sposobnost pumpanja natrag testirana 2 puta u 1984. i pumpe od tada nisu korištene.Arhivirana inačica izvorne straniceod 6. rujna 2008. (Wayback Machine))
Taum Sauk pumped storage plant|Taum Sauk, 450 MW (čisti pump-back; ne radi od prosinca, 2005)
Arhivirana kopija. Inačica izvorne stranice arhivirana 6. prosinca 2006. Pristupljeno 5. listopada 2008.CS1 održavanje: arhivirana kopija u naslovu (link)
Arhivirana kopija. Inačica izvorne stranice arhivirana 7. prosinca 2008. Pristupljeno 5. listopada 2008.CS1 održavanje: arhivirana kopija u naslovu (link)
