المشاكل والتدابير المضادة لتطوير نظام الضخ والتخزين الملائم لنظام الطاقة الجديد

لتحقيق هدف "تقليل انبعاثات الكربون وتحييده" وبناء نظام طاقة جديد، اقترحت شركة شبكة كهرباء جنوب الصين بوضوح بناء نظام طاقة جديد في المنطقة الجنوبية بحلول عام 2030، واكتماله بحلول عام 2060. وفي هذه العملية، سنعمل على تطوير تخزين الطاقة بالضخ بقوة. ومن المخطط زيادة السعة المركبة بمقدار 6 ملايين كيلوواط، و15 مليون كيلوواط، و15 مليون كيلوواط على التوالي خلال فترات "الخطة الخمسية الرابعة عشرة، والخامسة عشرة، والسادسة عشرة". وسنسعى جاهدين للوصول إلى حوالي 44 مليون كيلوواط من سعة تخزين الطاقة بالضخ في المنطقة الجنوبية بحلول عام 2035، مما يجعلها نوعًا جديدًا من أجهزة موازنة اضطرابات نظام الطاقة، وموازنات الأحمال، ومثبتات شبكة الطاقة.
المصدر: الحساب الرسمي على WeChat "التصنيع الذكي لوسائل الإعلام الصينية للطاقة"
المؤلف: بينج يومن، معهد أبحاث تخزين الطاقة التابع لشركة جنوب الصين للطاقة المحدودة، شركة تقليص الذروة وتوليد الطاقة بتعديل التردد

الميزات الرئيسية لنظام الطاقة الجديد
يهيمن على نظام الطاقة الجديد الطاقة النظيفة، وستستمر نسبة الطاقة الجديدة في استهلاك الطاقة في الزيادة، مما يشكل تدريجيًا شكلاً من أشكال استخدام الطاقة مع الطاقة الجديدة والطاقة الكهرومائية والطاقة النووية كشكل رئيسي لتوليد الطاقة. سيتم تقليل نسبة استهلاك الطاقة الأحفورية تدريجيًا لتحقيق هدف الحياد الكربوني، وسيتم استخدام السعة المركبة المتبقية من الطاقة الأحفورية كمصدر طاقة احتياطي لنظام الطاقة الجديد. في نظام الطاقة الجديد، سيتم توصيل الطاقة الجديدة بشبكة الكهرباء بطريقة مركزية وموزعة. من حيث الوصول المركزي، تسعى المنطقة الجنوبية جاهدة لتحقيق طاقة رياح برية تزيد عن 24 مليون كيلوواط، وطاقة رياح بحرية تزيد عن 20 مليون كيلوواط، ووصول كهروضوئي يزيد عن 56 مليون كيلوواط بحلول عام 2025. من حيث الوصول الموزع، سيتم بناء مصادر طاقة موزعة ذات سعة صغيرة ومستوى جهد منخفض لشبكة الوصول ويمكن استهلاكها في مكان قريب في مناطق مختلفة وفقًا للظروف المحلية.
في نظام الطاقة الجديد، الذي يعتمد على الطاقة الجديدة كهيكل رئيسي، يتأثر الإنتاج الفعلي لمعدات توليد الطاقة الجديدة بشكل كبير بالبيئة الجوية، التي تتسم بوضوح بالعشوائية والتقلب والتقطع. يُسهم الاستخدام الواسع لبدائل الطاقة الكهربائية، ومعدات تخزين الطاقة المنزلية، والمنازل الذكية، في تطور حمل المستخدم بشكل متنوع وتفاعلي، ويدخل جهاز المستخدم في وضع جديد يجمع بين كونه مستهلكًا ومنتجًا. يتميز نظام الطاقة الجديد، الذي يعتمد على الطاقة الجديدة كهيكل رئيسي، بخصائص "الارتفاع المزدوج" المتمثلة في ارتفاع نسبة الطاقة الجديدة وارتفاع نسبة المعدات الإلكترونية للطاقة. ولمواجهة التقلبات الكبيرة في الطاقة الجديدة والظروف القاسية المختلفة، من الضروري مواءمة السعة المُركبة لمخزون الضخ مع الحجم المقابل وفقًا للسعة المُركبة وحجم إنتاج الطاقة الجديدة. في حال اختلال إنتاج الطاقة الجديدة، يجب أن يحافظ تخزين الضخ على حالة نظام الطاقة الجديد في الشبكة قدر الإمكان، ويمنع تحوله إلى نظام الطاقة التقليدي. ومن ثم، فإن تطوير وبناء محطات الطاقة التخزينية المضخية سيكون أسرع وأوسع نطاقا.
مشاكل وإجراءات مواجهة التطوير السريع والواسع النطاق لتخزين الضخ
أدى التطوير والإنشاء السريع والواسع النطاق إلى ظهور مشاكل تتعلق بالسلامة والجودة ونقص الكوادر. ولتلبية احتياجات بناء نظام الطاقة الجديد، تتم الموافقة سنويًا على بناء عدد من محطات توليد الطاقة المخزنة بالضخ. كما تم تقصير مدة البناء المطلوبة بشكل كبير من 8-10 سنوات إلى 4-6 سنوات. سيؤدي التطوير والإنشاء السريع للمشروع حتمًا إلى ظهور مشاكل تتعلق بالسلامة والجودة ونقص الكوادر.
لحل سلسلة من المشكلات الناجمة عن التطور السريع للمشاريع وتنفيذها، يتعين على وحدات البناء وإدارة المشاريع إجراء بحوث وتطبيقات تقنية في مجال ميكنة وذكاء الهندسة المدنية لمحطات توليد الطاقة بالضخ والتخزين. تم إدخال تقنية TBM (آلة حفر الأنفاق) لحفر عدد كبير من الكهوف الجوفية، وتم تطوير معدات TBM بما يتناسب مع خصائص محطات توليد الطاقة بالضخ والتخزين، وصياغة مخطط فني للبناء. في ضوء سيناريوهات التشغيل المختلفة، مثل الحفر والشحن والدعم والقوس المقلوب أثناء البناء المدني، تم تطوير مخطط تطبيقي داعم لعملية البناء الآلي والذكي بأكملها. كما أجريت أبحاث حول مواضيع مثل التشغيل الذكي لمعدات العملية الواحدة، وأتمتة نظام البناء بأكمله، ورقمنة معلومات بناء المعدات، والبناء الآلي للمعدات الميكانيكية التي يتم التحكم فيها عن بُعد، وتحليل الإدراك الذكي لجودة البناء، وغيرها. تم تطوير مختلف معدات وأنظمة البناء الآلي والذكي.
من حيث الميكنة والذكاء في الهندسة الميكانيكية والكهربائية، يمكننا تحليل الطلب على التطبيق وإمكانية الميكنة والذكاء من جوانب تقليل المشغلين، وتحسين كفاءة العمل، وتقليل مخاطر العمل، وما إلى ذلك، وتطوير مختلف الميكنة الهندسية الميكانيكية والكهربائية ومعدات وأنظمة البناء الذكية لمختلف سيناريوهات التشغيل لتركيب المعدات الميكانيكية والكهربائية.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا استخدام تقنية التصميم الهندسي والمحاكاة ثلاثية الأبعاد لتصنيع بعض المرافق والمعدات مسبقًا ومحاكاتها، مما لا يؤدي فقط إلى إكمال جزء من العمل مسبقًا، وتقصير فترة البناء في الموقع، ولكن أيضًا تنفيذ القبول الوظيفي ومراقبة الجودة مسبقًا، وتحسين مستوى إدارة الجودة والسلامة بشكل فعال.
يؤدي التشغيل واسع النطاق لمحطات الطاقة إلى مشاكل تتعلق بموثوقية التشغيل، والطلب الذكي والمكثف. كما أن التشغيل واسع النطاق لمحطات الطاقة المخزنة بالضخ سيؤدي إلى مشاكل مثل ارتفاع تكاليف التشغيل والصيانة، ونقص الكوادر، وغيرها. ولخفض تكاليف التشغيل والصيانة، يكمن الحل في تحسين موثوقية تشغيل وحدات التخزين بالضخ؛ ولحل مشكلة نقص الكوادر، من الضروري تحقيق إدارة تشغيل ذكية ومكثفة لمحطات الطاقة.
لتحسين موثوقية تشغيل الوحدة، من حيث اختيار وتصميم نوع المعدات، يحتاج الفنيون إلى تلخيص شامل للخبرة العملية في تصميم وتشغيل محطات توليد الطاقة بالتخزين بالضخ، وإجراء بحوث لتحسين التصميم واختيار النوع وتوحيد الأنظمة الفرعية للمعدات ذات الصلة بمحطات توليد الطاقة بالتخزين بالضخ، وتحديثها بشكل دوري وفقًا لخبرة تشغيل المعدات ومعالجة الأعطال والصيانة. فيما يتعلق بتصنيع المعدات، لا تزال وحدات تخزين الضخ التقليدية تعتمد على بعض تقنيات التصنيع الرئيسية في أيدي الشركات المصنعة الأجنبية. من الضروري إجراء بحوث محلية على هذه المعدات "الخانقة"، ودمج سنوات من الخبرة والاستراتيجيات في التشغيل والصيانة فيها، وذلك لتحسين جودة المنتج وموثوقية تشغيل هذه المعدات الأساسية بشكل فعال. فيما يتعلق بمراقبة تشغيل المعدات، يحتاج الفنيون إلى صياغة معايير تكوين عنصر مراقبة حالة المعدات بشكل منهجي من منظور إمكانية مراقبة حالة المعدات وإمكانية قياسها، وإجراء بحث متعمق حول استراتيجيات التحكم في المعدات واستراتيجيات مراقبة الحالة وطرق تقييم الصحة بناءً على متطلبات السلامة الجوهرية، وبناء منصة تحليل ذكية وإنذار مبكر لمراقبة حالة المعدات، والعثور على المخاطر الخفية في المعدات مسبقًا وإجراء الإنذار المبكر في الوقت المناسب.
من أجل تحقيق إدارة تشغيل ذكية ومكثفة لمحطة الطاقة، يحتاج الفنيون إلى إجراء بحث حول التحكم الآلي في المعدات أو تقنية التشغيل الرئيسية من حيث التحكم في المعدات وتشغيلها، وذلك لتحقيق بدء التشغيل والإيقاف التلقائي بالكامل وتنظيم الحمل للوحدة دون تدخل الموظفين، وتحقيق تسلسل التشغيل والتأكيد الذكي متعدد الأبعاد قدر الإمكان؛ من حيث فحص المعدات، يمكن للفنيين إجراء بحث تقني حول إدراك الرؤية الآلية، والإدراك السمعي للآلة، وتفتيش الروبوت والجوانب الأخرى، وإجراء ممارسة تقنية على استبدال آلات التفتيش؛ من حيث التشغيل المكثف لمحطة الطاقة، من الضروري إجراء بحث وممارسة حول تقنية المراقبة المركزية لشخص واحد ومصانع متعددة لحل مشكلة نقص الموارد البشرية في الخدمة الناجمة عن تطوير محطات الطاقة التخزينية المضخوخة بشكل فعال.
أدى تصغير وحدات التخزين بالضخ والتشغيل المتكامل لتكامل مصادر الطاقة المتعددة إلى استهلاك عدد كبير من مصادر الطاقة الجديدة الموزعة. ومن السمات المميزة لنظام الطاقة الجديد وجود عدد كبير من وحدات الطاقة الجديدة صغيرة الحجم موزعة في مناطق مختلفة من الشبكة، تعمل ضمن شبكة الجهد المنخفض. ولاستيعاب هذه المصادر والاستفادة منها قدر الإمكان، وتخفيف ازدحام شبكة الطاقة الكبيرة بفعالية، من الضروري بناء وحدات تخزين بالضخ موزعة بالقرب من مصادر الطاقة الجديدة الموزعة لتحقيق التخزين المحلي واستهلاك الطاقة الجديدة والاستفادة منها عبر شبكات الجهد المنخفض. لذلك، من الضروري حل مشاكل تصغير وحدات التخزين بالضخ والتشغيل المتكامل لتكامل مصادر الطاقة المتعددة.
من الضروري للمهندسين والفنيين إجراء أبحاث نشطة حول اختيار الموقع والتصميم والتصنيع واستراتيجية التحكم والتطبيق المتكامل لأنواع متعددة من محطات الطاقة الموزعة لتخزين الضخ، بما في ذلك وحدات تخزين الضخ العكسية الصغيرة، والتشغيل المستقل المحوري للمضخات والتوربينات، والتشغيل المشترك لمحطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة ومحطات الضخ، إلخ. في الوقت نفسه، يتم إجراء البحوث وعرض المشروع على تكنولوجيا التشغيل المتكاملة لتخزين الضخ وطاقة الرياح والضوء والطاقة الكهرومائية لاقتراح حلول تقنية لاستكشاف كفاءة الطاقة والتفاعل الاقتصادي في نظام الطاقة الجديد.
مشكلة "الاختناق" التقني لوحدات تخزين الضخ متغيرة السرعة المُكيّفة مع شبكات الطاقة عالية المرونة. تتميز وحدات تخزين الضخ متغيرة السرعة بخصائص الاستجابة السريعة لتنظيم التردد الأساسي، وقوة دخل قابلة للتعديل في ظروف تشغيل المضخة، والعمل عند المنحنى الأمثل، بالإضافة إلى استجابة حساسة وعزم قصور ذاتي عالٍ. للحدّ من عشوائية وتقلبات شبكة الطاقة بفعالية، وضبط وامتصاص الطاقة الزائدة المُولّدة من الطاقة الجديدة بدقة أكبر من جانب التوليد والمستخدم، وتحسين التحكم في توازن الحمل في شبكة الطاقة عالية المرونة والتفاعلية، من الضروري زيادة نسبة وحدات السرعة المتغيرة في شبكة الطاقة. ومع ذلك، لا تزال معظم التقنيات الرئيسية لوحدات ضخ وتخزين المياه متغيرة السرعة في أيدي المصنّعين الأجانب حاليًا، مما يستدعي حل مشكلة "الاختناق" التقني.
من أجل تحقيق التحكم المستقل في التقنيات الأساسية الرئيسية، من الضروري التركيز على البحث العلمي المحلي والقوى التقنية لتنفيذ تصميم وتطوير محركات المولدات ذات السرعة المتغيرة وتوربينات المضخة بشكل عميق، وتطوير استراتيجيات وأجهزة التحكم لمحولات الإثارة التيار المتردد، وتطوير استراتيجيات وأجهزة التحكم المنسقة لوحدات السرعة المتغيرة، والبحث في استراتيجيات التحكم في المحافظ لوحدات السرعة المتغيرة، والبحث في عملية تحويل حالة العمل واستراتيجيات التحكم المتكاملة لوحدات السرعة المتغيرة، وتحقيق التصميم والتصنيع والتطبيق الهندسي الكامل لوحدات السرعة المتغيرة الكبيرة.