يُعدّ تخزين الطاقة بالضخّ أكثر تقنيات تخزين الطاقة استخدامًا ونضجًا على نطاق واسع، ويمكن أن تصل السعة المُركّبة لمحطات الطاقة إلى جيجاواط. وفي الوقت الحالي، يُعدّ تخزين الطاقة بالضخّ الكهرومائيّ أكثر تقنيات تخزين الطاقة المُركّبة نضجًا وأكبرها حجمًا في العالم.
تتميز تقنية تخزين الطاقة بالضخّ بنضجها واستقرارها، وفوائدها الشاملة العالية، وتُستخدم غالبًا لتنظيم أوقات الذروة وتوفير الطاقة الاحتياطية. وتُعدّ تقنية تخزين الطاقة بالضخّ الأكثر استخدامًا ونضجًا في مجال تخزين الطاقة على نطاق واسع، ويمكن أن تصل السعة المُركّبة لمحطات الطاقة إلى جيجاواط.
وفقًا للإحصاءات غير المكتملة للجنة المهنية لتخزين الطاقة التابعة لجمعية أبحاث الطاقة الصينية، يُعدّ نظام الطاقة الكهرومائية المُضخّ حاليًا أكثر أنظمة تخزين الطاقة المُركّبة نضجًا وأكبرها حجمًا في العالم. في عام ٢٠١٩، بلغت سعة تخزين الطاقة التشغيلية في العالم ١٨٠ مليون كيلوواط، وتجاوزت السعة المُركّبة لطاقة تخزين الطاقة المُضخّ ١٧٠ مليون كيلوواط، مُشكّلةً ٩٤٪ من إجمالي تخزين الطاقة في العالم.
تستخدم محطات توليد الطاقة المُخزَّنة بالضخّ الكهرباء المُولَّدة خلال فترة انخفاض الحمل في نظام الطاقة لضخّ المياه إلى أماكن مرتفعة للتخزين، وإطلاق المياه لتوليد الكهرباء خلال فترات الذروة. عندما يكون الحمل منخفضًا، تكون محطة توليد الطاقة المُخزَّنة بالضخّ هي المُستخدِم، وعندما يكون الحمل في ذروته، تكون هي محطة توليد الطاقة.
وحدة تخزين الضخ لها وظيفتان أساسيتان: ضخ المياه وتوليد الكهرباء. تعمل الوحدة كتوربين مائي عندما يكون حمل نظام الطاقة في ذروته. يتم ضبط فتحة ريشة التوجيه للتوربين المائي من خلال نظام المُنظِّم، وتُحوَّل الطاقة الكامنة للماء إلى طاقة ميكانيكية لدوران الوحدة، ثم تُحوَّل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية من خلال المولد.
عندما يكون حمل نظام الطاقة منخفضًا، تُستخدم مضخة المياه لضخ المياه من الخزان السفلي إلى الخزان العلوي. ومن خلال الضبط التلقائي لنظام المُنظِّم، يتم ضبط فتحة ريشة التوجيه تلقائيًا وفقًا لقوة رفع المضخة، وتُحوَّل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كامنة مائية وتُخزَّن.
محطات توليد الطاقة المخزنة بالضخ مسؤولة بشكل رئيسي عن تنظيم ذروة الطاقة، وتنظيم التردد، والنسخ الاحتياطي في حالات الطوارئ، وبدء التشغيل التلقائي لنظام الطاقة، مما يُحسّن ويوازن أحمال نظام الطاقة، ويرفع جودة إمدادات الطاقة، ويحقق فوائد اقتصادية، كما أنها تُشكل العمود الفقري لضمان التشغيل الآمن والاقتصادي والمستقر لشبكة الطاقة. تُعرف محطات توليد الطاقة المخزنة بالضخ بأسماء مثل "المثبتات" و"المنظمات" و"الموازنات" في التشغيل الآمن لشبكات الطاقة.
يتجه تطوير محطات توليد الطاقة بالضخ والتخزين عالميًا نحو تحقيق ضغط عالٍ، وسعة كبيرة، وسرعة عالية. ويعني الضغط العالي تطور الوحدة إلى ضغط أعلى، بينما تعني السعة الكبيرة زيادة سعة الوحدة الواحدة باستمرار، بينما تعني السرعة العالية اعتماد الوحدة لسرعة محددة أعلى.
هيكل وخصائص محطة الطاقة
تشمل المباني الرئيسية لمحطات توليد الطاقة بالضخ والتخزين عمومًا: الخزان العلوي، والخزان السفلي، ونظام توصيل المياه، والورشة، والمباني الخاصة الأخرى. وبالمقارنة مع محطات الطاقة الكهرومائية التقليدية، تتميز الهياكل الهيدروليكية لمحطات توليد الطاقة بالضخ والتخزين بالخصائص الرئيسية التالية:
توجد خزانات علوية وسفلية. وبالمقارنة مع محطات الطاقة الكهرومائية التقليدية ذات السعة المُركّبة نفسها، عادةً ما تكون سعة خزانات محطات الطاقة المُضخّخة صغيرة نسبيًا.
يتقلب منسوب مياه الخزان بشكل كبير، ويرتفع وينخفض باستمرار. ولإنجاز مهمة تقليص ذروة الاستهلاك وردم الوديان في شبكة الكهرباء، عادةً ما يكون التغير اليومي في منسوب مياه الخزان في محطة توليد الطاقة المخزنة بالضخ كبيرًا نسبيًا، ويتجاوز عادةً 10-20 مترًا، ويصل في بعض محطات الطاقة إلى 30-40 مترًا. كما أن معدل تغير منسوب مياه الخزان سريع نسبيًا، ويتراوح عادةً بين 5 و8 أمتار في الساعة، وحتى 8 و10 أمتار في الساعة.
متطلبات منع تسرب المياه في الخزانات مرتفعة. إذا تسببت محطة توليد الطاقة المضخة في فقدان كميات كبيرة من المياه نتيجة تسرب المياه من الخزان العلوي، فسيؤدي ذلك إلى انخفاض إنتاج الطاقة في المحطة. في الوقت نفسه، ولمنع تسرب المياه من تدهور الظروف الهيدروجيولوجية في منطقة المشروع، مما يؤدي إلى أضرار تسرب المياه وتركيزها، تُفرض متطلبات أعلى لمنع تسرب المياه في الخزانات.
منسوب المياه مرتفع. عادةً ما يكون منسوب محطة توليد الطاقة بالضخ والتخزين مرتفعًا، ويتراوح غالبًا بين 200 و800 متر. تُعد محطة توليد الطاقة بالضخ والتخزين في جيكسي، بسعة إجمالية مُركّبة تبلغ 1.8 مليون كيلوواط، أول مشروع في بلدي بارتفاع 650 مترًا، بينما تُعد محطة توليد الطاقة بالضخ والتخزين في دونهوا، بسعة إجمالية مُركّبة تبلغ 1.4 مليون كيلوواط، أول مشروع في بلدي بارتفاع 700 متر. مع التطوير المستمر لتكنولوجيا الضخ والتخزين، سيزداد عدد محطات توليد الطاقة ذات الضخ والتخزين العالي والسعات الكبيرة في بلدي.
تُركَّب الوحدة على ارتفاع منخفض. وللتغلب على تأثير الطفو والتسرب على محطة توليد الطاقة، تعتمد محطات توليد الطاقة الكبيرة التي تعمل بالضخ والتخزين، والتي بُنيت محليًا ودوليًا في السنوات الأخيرة، في الغالب على شكل محطات توليد طاقة تحت الأرض.
أول محطة طاقة تعمل بالضخ والتخزين في العالم هي محطة نيترا لتوليد الطاقة بالضخ والتخزين في زيورخ، سويسرا، والتي بُنيت عام ١٨٨٢. بدأ بناء محطات الطاقة بالضخ والتخزين في الصين في وقت متأخر نسبيًا. رُكِّبت أول وحدة عكسية تعمل بالتدفق المائل في خزان جانجنان عام ١٩٦٨. لاحقًا، ومع التطور السريع لصناعة الطاقة المحلية، ازدادت الطاقة المُركَّبة للطاقة النووية والطاقة الحرارية بسرعة، مما استلزم تجهيز نظام الطاقة بوحدات تخزين مُضخَّة مُماثلة.
منذ ثمانينيات القرن الماضي، شرعت الصين في بناء محطات طاقة تخزينية ضخمة بكثافة. وفي السنوات الأخيرة، ومع التطور السريع لاقتصادنا وصناعة الطاقة في بلادنا، حققت بلادنا إنجازات علمية وتكنولوجية مثمرة في مجال استقلالية معدات وحدات تخزين الطاقة الكبيرة.
بحلول نهاية عام 2020، بلغت القدرة المركبة لتوليد الطاقة بالضخ والتخزين في بلدي 31.49 مليون كيلوواط، بزيادة قدرها 4% عن العام السابق. في عام 2020، بلغت القدرة الوطنية لتوليد الطاقة بالضخ والتخزين 33.5 مليار كيلوواط/ساعة، بزيادة قدرها 5% عن العام السابق؛ وبلغت القدرة المضافة حديثًا لتوليد الطاقة بالضخ والتخزين في البلاد 1.2 مليون كيلوواط/ساعة. تُصنّف محطات توليد الطاقة بالضخ والتخزين في بلدي، سواءً قيد الإنتاج أو قيد الإنشاء، في المرتبة الأولى عالميًا.
أولت شركة الكهرباء الوطنية الصينية أهمية بالغة لتطوير تخزين الطاقة بالضخ. وتمتلك الشركة حاليًا 22 محطة طاقة تعمل بتقنية تخزين الطاقة بالضخ، و30 محطة أخرى قيد الإنشاء.
في عام 2016، بدأ بناء خمس محطات طاقة للتخزين بالضخ في تشنآن، وشنشي، وجورونغ، وجيانغسو، وتشينغيوان، ولياونينغ، وشيامن، وفوجيان، وفوكانغ، وشينجيانغ؛
وفي عام 2017، بدأ بناء ست محطات للطاقة للتخزين بالضخ في مقاطعة يي في خبي، وزيروي في منغوليا الداخلية، ونينغهاي في تشجيانغ، وجينيون في تشجيانغ، ولوونينغ في خنان، وبينججيانغ في هونان؛
وفي عام 2019، بدأ بناء خمس محطات طاقة للتخزين بالضخ في فونينغ في خبي، وجياويهي في جيلين، وكوجيانغ في تشجيانغ، وويفانغ في شاندونغ، وهامي في شينجيانغ؛
في عام 2020، ستبدأ أربع محطات طاقة للتخزين بالضخ في شانشي يوانتشو، وشانشي هونيوان، وتشجيانغ بانان، وشاندونغ تايآن المرحلة الثانية.
أول محطة طاقة تخزينية تعمل بالضخ في بلدي مزودة بمعدات وحدات مستقلة بالكامل. في أكتوبر 2011، اكتمل بناء المحطة بنجاح، مما يدل على نجاح بلدي في إتقان التكنولوجيا الأساسية لتطوير معدات وحدات التخزين الضخ.
في أبريل 2013، دخلت محطة فوجيان شيان يو لتوليد الطاقة بالضخ والتخزين حيز التشغيل رسميًا. وفي أبريل 2016، تم ربط محطة تشجيانغ شيان يو لتوليد الطاقة بالضخ والتخزين، بسعة وحدة تبلغ 375,000 كيلوواط، بالشبكة الكهربائية بنجاح. وقد شاع استخدام المعدات ذاتية التشغيل لوحدات الضخ والتخزين واسعة النطاق في بلدي، وجرى تطبيقها باستمرار.
أول محطة طاقة تعمل بالضخ والتخزين في بلدي، بارتفاع 700 متر. تبلغ الطاقة الإجمالية المُركّبة 1.4 مليون كيلوواط. في 4 يونيو 2021، شُغّلت الوحدة الأولى لتوليد الكهرباء.
يجري حاليًا إنشاء محطة توليد الطاقة بالضخ والتخزين، ذات أكبر سعة مُركّبة في العالم، حيث تبلغ طاقتها الإجمالية المُركّبة 3.6 مليون كيلوواط.
يتميز نظام تخزين الطاقة بالضخ بأنه أساسي وشامل وعام. ويمكنه المشاركة في خدمات تنظيم مصادر الطاقة الجديدة، والشبكة، وروابط الأحمال والتخزين، كما أن فوائده الشاملة أكبر. فهو يتميز بمثبت طاقة آمن، وموازن منخفض الكربون، وكفاءة عالية، وهو وظيفة مهمة لمنظم التشغيل.
الأول هو معالجة نقص الطاقة الاحتياطية الموثوقة في نظام الطاقة في ظلّ تزايد استخدام الطاقة الجديدة. بفضل ميزة تنظيم ذروة السعة المزدوجة، يُمكن تحسين قدرة نظام الطاقة على تنظيم ذروة السعة الكبيرة، وتخفيف مشكلة إمداد ذروة الحمل الناتجة عن عدم استقرار الطاقة الجديدة وذروة الحمل الناتجة عن انخفاض الجهد. كما يُمكن لصعوبات الاستهلاك الناتجة عن التطوير الواسع النطاق للطاقة الجديدة خلال هذه الفترة أن تُعزز استهلاك الطاقة الجديدة بشكل أفضل.
الثاني هو التعامل بشكل فعال مع عدم التوافق بين خصائص إنتاج الطاقة الجديدة وطلب الحمل، بالاعتماد على قدرة التعديل المرنة للاستجابة السريعة، للتكيف بشكل أفضل مع عشوائية وتقلب الطاقة الجديدة، وتلبية الطلب على التعديل المرن الذي تجلبه الطاقة الجديدة "اعتمادًا على الطقس".
ثالثًا، معالجة نقص عزم القصور الذاتي في نظام الطاقة الجديدة عالي الطاقة بفعالية. بفضل عزم القصور الذاتي العالي للمولد المتزامن، يُمكن تعزيز قدرة النظام على مقاومة الاضطراب بفعالية والحفاظ على استقرار تردده.
رابعًا، التعامل بفعالية مع التأثير الأمني المحتمل لنموذج "الارتفاع المزدوج" على نظام الطاقة الجديد، وتوفير وظيفة احتياطية في حالات الطوارئ، والاستجابة السريعة لاحتياجات التعديل المفاجئ في أي وقت من خلال التشغيل والإيقاف السريعين وزيادة الطاقة. وفي الوقت نفسه، وباعتباره حملًا قابلًا للانقطاع، يمكنه إزالة الحمل المقدر لوحدة الضخ بأمان وبسرعة استجابة في غضون ملي ثانية، مما يُحسّن التشغيل الآمن والمستقر للنظام.
خامسًا، معالجة تكاليف التكيف المرتفعة الناتجة عن ربط شبكات الطاقة الجديدة واسعة النطاق بفعالية. من خلال أساليب تشغيل معقولة، مقترنة بالطاقة الحرارية، لتقليل انبعاثات الكربون وزيادة الكفاءة، والحد من هجر طاقة الرياح والضوء، وتعزيز توزيع الطاقة، وتحسين الاقتصاد الكلي والتشغيل النظيف للنظام بأكمله.
تعزيز تحسين وتكامل موارد البنية التحتية، وتنسيق إدارة السلامة والجودة والتقدم لـ 30 مشروعًا قيد الإنشاء، وتعزيز البناء الآلي والتحكم الذكي والبناء الموحد بقوة، وتحسين فترة البناء، وضمان أن تتجاوز سعة تخزين الضخ 20 مليون كيلوواط خلال فترة "الخطة الخمسية الرابعة عشرة". كيلوواط، وستتجاوز القدرة المركبة التشغيلية 70 مليون كيلوواط بحلول عام 2030.
ثانيًا، العمل الجاد على الإدارة الرشيقة. تعزيز توجيهات التخطيط، والتركيز على هدف "الكربون المزدوج" وتنفيذ استراتيجية الشركة، وإعداد خطة تطوير "الخمسية الرابعة عشرة" لتخزين الضخ بجودة عالية. تحسين إجراءات العمل التمهيدية للمشروع علميًا، والمضي قدمًا في دراسة جدوى المشروع والموافقة عليه بشكل منظم. مع التركيز على السلامة والجودة ومدة الإنشاء والتكلفة، يتم الترويج بقوة للإدارة والتحكم الذكيين، والبناء الآلي، والبناء الأخضر للإنشاءات الهندسية، لضمان تحقيق المشاريع قيد الإنشاء لفوائدها في أسرع وقت ممكن.
تعميق إدارة دورة حياة المعدات، وتعميق البحث في خدمات شبكة الكهرباء للوحدات، وتحسين استراتيجية تشغيلها، بما يضمن التشغيل الآمن والمستقر لشبكة الكهرباء. وتعميق الإدارة الرشيقة متعددة الأبعاد، وتسريع بناء سلسلة توريد ذكية حديثة، وتحسين نظام إدارة المواد، والتوزيع العلمي لرأس المال والموارد والتكنولوجيا والبيانات وعوامل الإنتاج الأخرى، وتحسين الجودة والكفاءة بشكل كبير، والتحسين الشامل لكفاءة الإدارة وكفاءة التشغيل.
ثالثًا، السعي لتحقيق اختراقات في الابتكار التكنولوجي. التنفيذ المتعمق لـ"خطة عمل القفزة الجديدة للأمام" للابتكار العلمي والتكنولوجي، وزيادة الاستثمار في البحث العلمي، وتحسين قدرة الابتكار المستقل. زيادة استخدام تكنولوجيا وحدات السرعة المتغيرة، وتعزيز البحث والتطوير التكنولوجي لوحدات ذات سعة كبيرة تبلغ 400 ميغاواط، وتسريع بناء مختبرات نماذج توربينات الضخ ومختبرات المحاكاة، وبذل قصارى جهد لبناء منصة ابتكار علمي وتكنولوجي مستقلة.
تحسين تخطيط البحث العلمي وتخصيص الموارد، وتعزيز البحث في التكنولوجيا الأساسية لتخزين الطاقة بالضخ، والسعي للتغلب على مشكلة "الاختناق" التقني. وتعميق البحث في تطبيق التقنيات الجديدة مثل "سلسلة إنترنت الأشياء السحابية الكبيرة الذكية"، والتنفيذ الشامل لبناء محطات الطاقة الذكية الرقمية، وتسريع التحول الرقمي للمؤسسات.
وقت النشر: ٧ مارس ٢٠٢٢
