تُعد محطة الطاقة الكهرومائية المُخزَّنة بالضخّ أكثر التقنيات استخدامًا ونضجًا في مجال تخزين الطاقة على نطاق واسع، حيث تصل قدرتها المُركَّبة إلى مستوى جيجاواط. وتُعَدّ حاليًا محطة الطاقة المُخزَّنة بالضخّ الأكثر نضجًا من حيث نطاق التطوير في العالم.
تتميز محطات الطاقة الكهرومائية المُخزَّنة بالضخ بتكنولوجيا متطورة ومستقرة وفوائد شاملة عالية. تُستخدم غالبًا لتوفير الطاقة في أوقات الذروة وفي أوقات الاستعداد. تُعد محطات الطاقة الكهرومائية المُخزَّنة بالضخ أكثر التقنيات استخدامًا ونضجًا في تخزين الطاقة على نطاق واسع، ويمكن أن تصل قدرتها المُركَّبة إلى مستوى جيجاواط.
وفقًا للإحصاءات غير المكتملة للجنة المهنية لتخزين الطاقة التابعة لجمعية أبحاث الطاقة الصينية، تُعدّ محطات الطاقة الكهرومائية المُضخّة المُخزّنة الأكثر تطورًا وأكبر سعة مُركّبة في العالم حاليًا. وبحلول عام 2019، بلغت سعة تخزين الطاقة العالمية 180 مليون كيلوواط، وتجاوزت السعة المُركّبة لمحطات الطاقة الكهرومائية المُضخّة المُخزّنة 170 مليون كيلوواط، مُشكّلةً 94% من إجمالي تخزين الطاقة العالمي.
تستخدم محطة الطاقة الكهرومائية المُضخّة المُخزّنة الطاقة المُستَمدة من نظام الطاقة عند انخفاض الحمل لضخّ المياه إلى المناطق المرتفعة للتخزين، وتصريفها لتوليد الطاقة خلال فترة ذروة الحمل. عندما يكون الحمل منخفضًا، تكون محطة الطاقة الكهرومائية المُضخّة المُخزّنة هي المُستَخدِم؛ أما عند ذروة الحمل، فتُصبح محطة توليد طاقة.
وحدة محطة الطاقة الكهرومائية المُضخّات المُخزّنة تؤدي وظيفتين أساسيتين: الضخ وتوليد الطاقة. تعمل الوحدة كتوربين هيدروليكي خلال ذروة الحمل في نظام الطاقة. يتم ضبط فتحة ريشة التوجيه للتوربين الهيدروليكي من خلال نظام المُنظّم لتحويل الطاقة الكامنة للماء إلى طاقة ميكانيكية لدوران الوحدة، ثم تُحوّل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية بواسطة المولد.
عند انخفاض حمل نظام الطاقة، يُستخدم كمضخة مياه. تُستخدم الطاقة الكهربائية عند أدنى نقطة لضخ المياه من الخزان السفلي إلى الخزان العلوي. ومن خلال الضبط التلقائي لنظام المُنظِّم، يتم ضبط فتحة ريشة التوجيه تلقائيًا وفقًا لرأس المضخة، وتُحوَّل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كامنة للمياه للتخزين.
محطة الطاقة الكهرومائية المُخزّنة بالضخّ مسؤولة بشكل رئيسي عن تقليل ذروة الاستهلاك، وتعديل التردد، ووضع الاستعداد في حالات الطوارئ، وبدء التشغيل التلقائي لشبكة الطاقة، مما يُحسّن ويوازن أحمال الشبكة، ويرفع جودة إمدادات الطاقة، ويزيد من منافعها الاقتصادية، ويُعد ركيزة أساسية لضمان التشغيل الآمن والاقتصادي والمستقر لشبكة الطاقة. تُعرف محطة الطاقة الكهرومائية المُخزّنة بالضخّ بوظائف "المُثبّت" و"المُنظّم" و"الموازن" في التشغيل الآمن لشبكة الطاقة.
يتميز تطور محطات الطاقة الكهرومائية المُخزَّنة بالضخ عالميًا بارتفاع الضغط، وسعة كبيرة، وسرعة عالية. ويعني ارتفاع الضغط أن الوحدة تتطور إلى ضغط أعلى. وتعني السعة الكبيرة زيادة سعة الوحدة الواحدة. أما السرعة العالية فتعني أن الوحدة تعتمد سرعة نوعية أعلى.
البنية والخصائص
تشمل المباني الرئيسية لمحطات الطاقة الكهرومائية المُضخّة التخزينية عادةً خزانًا علويًا وخزانًا سفليًا ونظام نقل المياه ومحطة توليد الطاقة ومبانٍ خاصة أخرى. وبالمقارنة مع محطات الطاقة الكهرومائية التقليدية، تتميز الهياكل الهيدروليكية لمحطات الطاقة الكهرومائية المُضخّة التخزينية بالخصائص الرئيسية التالية:
يوجد خزانان. مقارنةً بمحطات الطاقة الكهرومائية التقليدية ذات السعة المُركّبة نفسها، عادةً ما تكون سعة خزانات محطات الطاقة الكهرومائية المُضخّخة صغيرة.
يتغير منسوب مياه الخزان بشكل كبير، ويرتفع وينخفض باستمرار. ولإنجاز مهمة تقليص ذروة الاستهلاك وملء الوديان في شبكة الكهرباء، عادةً ما يكون نطاق التغير اليومي لمستوى مياه الخزان في محطة الطاقة الكهرومائية المُخزَّنة بالضخ كبيرًا، ويتراوح عادةً بين 10 و20 مترًا، ويصل في بعض محطات الطاقة الكهرومائية إلى 30 و40 مترًا. كما أن معدل تغير منسوب مياه الخزان سريع، ويصل عادةً إلى 5 و8 أمتار في الساعة، أو حتى 8 و10 أمتار في الساعة.
متطلبات منع تسرب الخزان مرتفعة. في حال فقدان محطة الطاقة الكهرومائية النقية المخزنة بالضخ كميات كبيرة من المياه بسبب تسرب الخزان العلوي، سينخفض توليد الطاقة في المحطة. لذلك، متطلبات منع تسرب الخزان مرتفعة. في الوقت نفسه، ولمنع تدهور الظروف الهيدروجيولوجية في منطقة المشروع، وأضرار التسرب، والتسرب المُركّز الناتج عن تسرب المياه، تُطرح متطلبات أعلى لمنع تسرب الخزان.
منسوب المياه مرتفع. عادةً ما يكون منسوب المياه في محطة الطاقة الكهرومائية المُضخّة مُرتفعًا، ويتراوح غالبًا بين 200 و800 متر. محطة جيكسي للطاقة الكهرومائية المُضخّة المُخزّنة، بسعة إجمالية مُركّبة تبلغ 1.8 مليون كيلوواط، هي أول مشروع بارتفاع 650 مترًا في الصين، بينما محطة دونهوا للطاقة الكهرومائية المُضخّة المُخزّنة، بسعة إجمالية مُركّبة تبلغ 1.4 مليون كيلوواط، هي أول مشروع بارتفاع 700 متر في الصين. مع التطوير المُستمر للمستوى التقني لمحطات الطاقة الكهرومائية المُضخّة المُخزّنة، سيزداد عدد محطات الطاقة الكهرومائية ذات الارتفاع العالي والسعة الكبيرة في الصين.
ارتفاع تركيب الوحدة منخفض. وللتغلب على تأثير الطفو والتسرب على محطة الطاقة، اعتمدت محطات الطاقة الكهرومائية الكبيرة التي تعمل بالضخ والتخزين، والتي بُنيت محليًا ودوليًا، في السنوات الأخيرة بشكل رئيسي شكل محطات الطاقة تحت الأرض.
وقت النشر: ٢٥ أبريل ٢٠٢٢
