فرص جديدة لتطوير الطاقة الكهرومائية في أنظمة الطاقة الجديدة

يُعد توليد الطاقة الكهرومائية من أكثر طرق توليد الطاقة نضجًا، وقد شهد ابتكارًا وتطورًا مستمرين في مسيرة تطوير أنظمة الطاقة. وقد حقق تقدمًا ملحوظًا من حيث الحجم المستقل، ومستوى المعدات التقنية، وتقنيات التحكم. وباعتبارها مصدرًا مستقرًا وموثوقًا للطاقة عالية الجودة، تشمل الطاقة الكهرومائية عادةً محطات الطاقة الكهرومائية التقليدية ومحطات تخزين الطاقة بالضخ. وإلى جانب دورها كمورد رئيسي للطاقة الكهربائية، فإنها تؤدي دورًا هامًا في تخفيف ذروة الطلب، وتعديل التردد، وتعديل الطور، وبدء التشغيل من الصفر، والاستعداد للطوارئ خلال كامل دورة تشغيل نظام الطاقة. ومع التطور السريع لمصادر الطاقة الجديدة مثل طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية، وتزايد الفروقات بين ذروة الطلب وقاعه في أنظمة الطاقة، وانخفاض القصور الذاتي الدوراني الناتج عن زيادة معدات إلكترونيات الطاقة، فإن قضايا أساسية مثل تخطيط وبناء أنظمة الطاقة، والتشغيل الآمن، والتوزيع الاقتصادي للطاقة، تواجه تحديات هائلة، وهي أيضًا قضايا رئيسية يجب معالجتها في بناء أنظمة الطاقة الجديدة مستقبلًا. في سياق الموارد التي تمتلكها الصين، ستلعب الطاقة الكهرومائية دورًا أكثر أهمية في النوع الجديد من أنظمة الطاقة، حيث تواجه احتياجات وفرصًا تنموية ابتكارية كبيرة، وهي مهمة جدًا للأمن الاقتصادي لبناء نوع جديد من أنظمة الطاقة.

تحليل الوضع الراهن ووضع التطوير الابتكاري لتوليد الطاقة الكهرومائية
وضع التنمية الابتكارية
يتسارع التحول العالمي نحو الطاقة النظيفة، وتتزايد نسبة مصادر الطاقة الجديدة، مثل طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية، بوتيرة متسارعة. ويواجه تخطيط وبناء وتشغيل أنظمة الطاقة التقليدية، بالإضافة إلى جدولة تشغيلها بكفاءة واقتصادية، تحديات وقضايا جديدة. ففي الفترة من 2010 إلى 2021، حافظت محطات طاقة الرياح العالمية على نمو سريع، بمعدل نمو متوسط ​​قدره 15%. وبلغ متوسط ​​معدل النمو السنوي في الصين 25%. أما معدل نمو محطات الطاقة الكهروضوئية العالمية خلال السنوات العشر الماضية فقد وصل إلى 31%. وتواجه أنظمة الطاقة التي تعتمد بشكل كبير على الطاقة الجديدة مشكلات رئيسية، مثل صعوبة موازنة العرض والطلب، وتزايد صعوبة التحكم في تشغيل النظام، ومخاطر عدم الاستقرار الناجمة عن انخفاض القصور الذاتي الدوراني، والزيادة الكبيرة في الطلب على قدرة خفض ذروة الطلب، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف تشغيل النظام. ومن الضروري العمل بشكل مشترك على حل هذه المشكلات من جوانب إمدادات الطاقة والشبكة والأحمال. وتُعد الطاقة الكهرومائية مصدراً مهماً للطاقة المنظمة، تتميز بخصائص مثل القصور الذاتي الدوراني الكبير، وسرعة الاستجابة العالية، ونمط التشغيل المرن. تتمتع بمزايا طبيعية في حل هذه التحديات والمشاكل الجديدة.

يستمر مستوى التزويد بالكهرباء في التحسن، وتتزايد متطلبات إمدادات الطاقة الآمنة والموثوقة للعمليات الاقتصادية والاجتماعية. على مدى الخمسين عامًا الماضية، استمر مستوى التزويد بالكهرباء عالميًا في التحسن، وزادت نسبة الطاقة الكهربائية في استهلاك الطاقة النهائي تدريجيًا. وتسارع استبدال الطاقة الكهربائية النهائية، المتمثل في المركبات الكهربائية. يعتمد المجتمع الاقتصادي الحديث بشكل متزايد على الكهرباء، وأصبحت الكهرباء الوسيلة الأساسية للإنتاج في العمليات الاقتصادية والاجتماعية. يُعد توفير إمدادات طاقة آمنة وموثوقة ضمانة هامة لإنتاج وحياة الإنسان المعاصر. لا تتسبب انقطاعات التيار الكهربائي واسعة النطاق في خسائر اقتصادية فادحة فحسب، بل قد تؤدي أيضًا إلى فوضى اجتماعية خطيرة. أصبح أمن الطاقة عنصرًا أساسيًا في أمن الطاقة، بل وحتى الأمن القومي. تتطلب الخدمة الخارجية لأنظمة الطاقة الجديدة تحسينًا مستمرًا لموثوقية إمدادات الطاقة الآمنة، بينما يواجه التطور الداخلي زيادة مستمرة في عوامل الخطر التي تُشكل تهديدًا خطيرًا لأمن الطاقة.

تستمر التقنيات الجديدة في الظهور والتطبيق في أنظمة الطاقة، مما يُحسّن بشكل ملحوظ مستوى ذكاء هذه الأنظمة وتعقيدها. وقد أدى الانتشار الواسع لأجهزة إلكترونيات الطاقة في مختلف جوانب توليد الطاقة ونقلها وتوزيعها إلى تغييرات جوهرية في خصائص الأحمال وخصائص النظام، مما أدى بدوره إلى تغييرات جذرية في آلية تشغيل نظام الطاقة. وتُستخدم تقنيات الاتصالات والمعلومات والتحكم والذكاء على نطاق واسع في جميع جوانب إنتاج وإدارة أنظمة الطاقة. وقد تحسّن مستوى ذكاء أنظمة الطاقة بشكل ملحوظ، وأصبحت قادرة على التكيف مع التحليل الفوري واسع النطاق وتحليل دعم القرار. ويرتبط توليد الطاقة الموزعة بجانب المستخدم في شبكة التوزيع على نطاق واسع، وقد تغير اتجاه تدفق الطاقة في الشبكة من اتجاه واحد إلى اتجاهين أو حتى متعدد الاتجاهات. وتظهر أنواع مختلفة من المعدات الكهربائية الذكية باستمرار، وتُستخدم العدادات الذكية على نطاق واسع، ويتزايد عدد نقاط الوصول إلى نظام الطاقة بشكل كبير. وقد أصبح أمن المعلومات مصدرًا مهمًا للمخاطر التي تواجه نظام الطاقة.

يشهد قطاع الطاقة الكهربائية في الصين تطوراً مطرداً نحو وضعٍ مواتٍ، مع تحسن تدريجي في البيئة السياسية، لا سيما فيما يتعلق بأسعار الكهرباء. ومع النمو السريع للاقتصاد والمجتمع الصيني، حقق قطاع الطاقة الكهربائية قفزة نوعية هائلة، إذ انتقل من كونه قطاعاً صغيراً إلى قطاعٍ كبير، ومن كونه ضعيفاً إلى كونه قوياً، ومن كونه تابعاً إلى كونه رائداً. وعلى صعيد الأنظمة، فقد أدى التحول من الحكومة إلى الشركات، ومن نظام المصنع الواحد إلى نظام الشبكة الواحدة، ثم إلى فصل المصانع عن الشبكات، والمنافسة المعتدلة، والانتقال التدريجي من التخطيط إلى السوق، إلى رسم مسارٍ لتطوير الطاقة الكهربائية يتناسب مع الظروف الوطنية للصين. وتُصنف قدرات الصين التصنيعية والإنشائية، فضلاً عن مستوى تكنولوجيا ومعدات الطاقة الكهربائية فيها، ضمن أفضل الأنظمة في العالم. كما تشهد مؤشرات الخدمة الشاملة والبيئة في قطاع الطاقة الكهربائية تحسناً مستمراً، وقد تم بناء وتشغيل أكبر نظام طاقة كهربائية في العالم وأكثرها تقدماً من الناحية التكنولوجية. ويشهد سوق الكهرباء في الصين تقدماً مطرداً، مع وجود مسار واضح لبناء سوق كهرباء موحد على المستويات المحلية والإقليمية والوطنية، ملتزماً بنهج الصين في البحث عن الحقيقة من خلال الحقائق. تم ترشيد آليات السياسة مثل أسعار الكهرباء تدريجياً، وتم إنشاء آلية لتسعير الكهرباء مناسبة لتطوير طاقة التخزين بالضخ في البداية، مما يوفر بيئة سياسية لتحقيق القيمة الاقتصادية لابتكار وتطوير الطاقة الكهرومائية.

طرأت تغييرات جوهرية على الشروط الأساسية لتخطيط وتصميم وتشغيل محطات الطاقة الكهرومائية. تتمثل المهمة الأساسية لتخطيط وتصميم محطات الطاقة الكهرومائية التقليدية في اختيار حجم ونمط تشغيل مناسبين تقنيًا واقتصاديًا. وعادةً ما تُدرس قضايا تخطيط مشاريع الطاقة الكهرومائية انطلاقًا من الهدف الأمثل المتمثل في الاستخدام الأمثل للموارد المائية. ومن الضروري مراعاة متطلبات شاملة مثل التحكم في الفيضانات والري والنقل البحري وإمدادات المياه، وإجراء مقارنات شاملة للفوائد الاقتصادية والاجتماعية والبيئية. في ظل التطورات التكنولوجية المتواصلة والزيادة المستمرة في نسبة طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية، بات من الضروري أن يستفيد نظام الطاقة بشكل كامل من الموارد المائية، وأن يُثري أنماط تشغيل محطات الطاقة الكهرومائية، وأن يضطلع بدور أكبر في تخفيف ذروة الطلب، وتعديل التردد، وضبط مستوى الطاقة. وقد أصبحت العديد من الأهداف التي كانت غير قابلة للتحقيق في الماضي من حيث التكنولوجيا والمعدات والإنشاءات، قابلة للتحقيق اقتصاديًا وتقنيًا. لم يعد النمط الأصلي أحادي الاتجاه لتخزين المياه وتوليد الطاقة من التفريغ لمحطات الطاقة الكهرومائية يفي بمتطلبات أنظمة الطاقة الجديدة، ومن الضروري دمج نمط محطات تخزين الطاقة بالضخ لتحسين القدرة التنظيمية لمحطات الطاقة الكهرومائية بشكل كبير؛ وفي الوقت نفسه، ونظرًا لمحدودية مصادر الطاقة المنظمة قصيرة الأجل مثل محطات تخزين الطاقة بالضخ في تعزيز استهلاك مصادر الطاقة الجديدة مثل طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية، وصعوبة القيام بمهمة توفير إمدادات طاقة آمنة وبأسعار معقولة، فمن الضروري موضوعيًا زيادة سعة الخزانات لتحسين دورة تنظيم الطاقة الكهرومائية التقليدية، وذلك لسد الفجوة في قدرة تنظيم النظام التي تحدث عند سحب الطاقة من الفحم.

احتياجات التطوير الابتكاري
ثمة حاجة ملحة لتسريع تطوير موارد الطاقة الكهرومائية، وزيادة حصتها في نظام الطاقة الجديد، وتعزيز دورها. وفي سياق هدف خفض الانبعاثات الكربونية، سيصل إجمالي القدرة المركبة لتوليد الطاقة من الرياح والطاقة الشمسية الكهروضوئية إلى أكثر من 1.2 مليار كيلوواط بحلول عام 2030، ومن المتوقع أن يصل إلى ما بين 5 و6 مليارات كيلوواط بحلول عام 2060. وفي المستقبل، سيزداد الطلب بشكل كبير على موارد تنظيم الطاقة في أنظمة الطاقة الجديدة، وتُعد الطاقة الكهرومائية المصدر الأمثل والأكثر جودة لتنظيم الطاقة. وتستطيع تكنولوجيا الطاقة الكهرومائية في الصين تطوير قدرة مركبة تبلغ 687 مليون كيلوواط. وبحلول نهاية عام 2021، تم تطوير 391 مليون كيلوواط، بمعدل تطوير يبلغ حوالي 57%، وهو أقل بكثير من معدل التطوير البالغ 90% في بعض الدول المتقدمة في أوروبا والولايات المتحدة. بالنظر إلى أن دورة تطوير مشاريع الطاقة الكهرومائية طويلة (عادةً من 5 إلى 10 سنوات)، في حين أن دورة تطوير مشاريع طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية قصيرة نسبيًا (عادةً من 0.5 إلى 1 سنة، أو حتى أقصر) وتتطور بسرعة، فمن الضروري تسريع وتيرة تطوير مشاريع الطاقة الكهرومائية، وإكمالها في أسرع وقت ممكن، والقيام بدورها في أسرع وقت ممكن.
ثمة حاجة ملحة لتحويل نمط تطوير الطاقة الكهرومائية لتلبية المتطلبات الجديدة لخفض ذروة الطلب في أنظمة الطاقة الحديثة. في ظل قيود هدف "خفض الانبعاثات الكربونية المزدوجة"، يحدد هيكل إمداد الطاقة المستقبلي متطلبات هائلة لتشغيل نظام الطاقة لخفض ذروة الطلب، وهذه ليست مشكلة يمكن حلها من خلال مزيج الجدولة وقوى السوق، بل هي بالأحرى مسألة جدوى تقنية أساسية. لا يمكن تحقيق التشغيل الاقتصادي والآمن والمستقر لنظام الطاقة إلا من خلال توجيه السوق، والجدولة، والتحكم في التشغيل، شريطة أن تكون التقنية قابلة للتطبيق. بالنسبة لمحطات الطاقة الكهرومائية التقليدية العاملة، ثمة حاجة ملحة لتحسين استخدام سعة التخزين والمرافق الحالية بشكل منهجي، وزيادة استثمارات التحويل عند الضرورة، وبذل كل جهد ممكن لتحسين قدرة التنظيم. أما بالنسبة لمحطات الطاقة الكهرومائية التقليدية المخطط لها والمنشأة حديثًا، فمن الضروري مراعاة التغيرات الكبيرة في الظروف المحيطة التي أحدثها نظام الطاقة الجديد، وتخطيط وبناء محطات طاقة كهرومائية مرنة وقابلة للتعديل تجمع بين فترات زمنية طويلة وقصيرة وفقًا للظروف المحلية. فيما يتعلق بتخزين الطاقة بالضخ، ينبغي تسريع وتيرة الإنشاء في ظل الوضع الراهن الذي يشهد نقصًا حادًا في القدرة التنظيمية قصيرة الأجل. وعلى المدى البعيد، يجب مراعاة احتياجات النظام من قدرات تخفيف ذروة الطلب على المدى القصير، ووضع خطة تطوير علمية له. أما بالنسبة لمحطات الطاقة التي تعمل بتخزين الطاقة بالضخ من نوع نقل المياه، فمن الضروري الجمع بين احتياجات الموارد المائية الوطنية لنقل المياه عبر المناطق، سواء كمشروع لنقل المياه عبر الأحواض المائية أو كاستخدام شامل لموارد تنظيم نظام الطاقة. ويمكن، عند الضرورة، دمج ذلك مع التخطيط والتصميم الشاملين لمشاريع تحلية مياه البحر.
ثمة حاجة ملحة لتعزيز توليد الطاقة الكهرومائية لتحقيق قيمة اقتصادية واجتماعية أكبر، مع ضمان التشغيل الاقتصادي والآمن لأنظمة الطاقة الجديدة. ونظرًا لأهداف التنمية المتعلقة بذروة انبعاثات الكربون والحياد الكربوني في نظام الطاقة، ستصبح الطاقة الجديدة تدريجيًا القوة الدافعة الرئيسية في هيكل إمداد الطاقة لنظام الطاقة المستقبلي، وستنخفض نسبة مصادر الطاقة عالية الكربون، مثل طاقة الفحم، تدريجيًا. ووفقًا لبيانات من عدة مؤسسات بحثية، في ظل سيناريو سحب طاقة الفحم على نطاق واسع، بحلول عام 2060، ستشكل القدرة المركبة لتوليد طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية في الصين حوالي 70% من إجمالي القدرة المركبة؛ بينما تبلغ القدرة المركبة الإجمالية للطاقة الكهرومائية، بما في ذلك التخزين بالضخ، حوالي 800 مليون كيلوواط، أي ما يعادل 10% تقريبًا. وفي هيكل الطاقة المستقبلي، تُعد الطاقة الكهرومائية مصدرًا موثوقًا ومرنًا وقابلًا للتعديل، وهي حجر الزاوية لضمان التشغيل الآمن والمستقر والاقتصادي لأنظمة الطاقة الجديدة. ومن الضروري التحول من نمط التنمية والتشغيل الحالي القائم على "توليد الطاقة مع دعم التنظيم" إلى نمط "التنظيم مع دعم توليد الطاقة". وبناءً على ذلك، ينبغي إشراك الفوائد الاقتصادية لمؤسسات الطاقة الكهرومائية في سياق القيمة الأكبر، كما ينبغي أن تزيد فوائد مؤسسات الطاقة الكهرومائية بشكل كبير من الإيرادات الناتجة عن تقديم خدمات التنظيم للنظام بناءً على إيرادات توليد الطاقة الأصلية.
ثمة حاجة ملحة إلى تطوير معايير وسياسات وأنظمة تكنولوجيا الطاقة الكهرومائية لضمان التنمية الفعالة والمستدامة لهذا القطاع. وفي المستقبل، يتمثل المطلب الأساسي لأنظمة الطاقة الجديدة في تسريع وتيرة التطوير الابتكاري للطاقة الكهرومائية، كما يجب أن تتوافق المعايير والسياسات والأنظمة الفنية الحالية ذات الصلة مع هذا التطوير لتعزيز التنمية الفعالة للطاقة الكهرومائية. فعلى صعيد المعايير والمواصفات، من الضروري تحسين معايير ومواصفات التخطيط والتصميم والتشغيل والصيانة استنادًا إلى التجارب العملية والتحقق، بما يتوافق مع المتطلبات الفنية لأنظمة الطاقة الجديدة لمحطات الطاقة الكهرومائية التقليدية، ومحطات تخزين الطاقة بالضخ، ومحطات الطاقة الهجينة، ومحطات تخزين الطاقة بالضخ لنقل المياه (بما في ذلك محطات الضخ)، وذلك لضمان التنمية المنظمة والفعالة للابتكار في مجال الطاقة الكهرومائية. أما على صعيد السياسات والأنظمة، فثمة حاجة ملحة لدراسة وصياغة سياسات تحفيزية لتوجيه ودعم وتشجيع التطوير الابتكاري للطاقة الكهرومائية. وفي الوقت نفسه، هناك حاجة ملحة لوضع تصميمات مؤسسية مثل السوق وأسعار الكهرباء لتحويل القيم الجديدة للطاقة الكهرومائية إلى فوائد اقتصادية، وتشجيع كيانات الشركات على القيام بنشاط باستثمارات تكنولوجيا التطوير المبتكرة، والتجريب التجريبي، والتطوير على نطاق واسع.

مسار التنمية المبتكر وآفاق الطاقة الكهرومائية
يُعدّ التطوير المبتكر للطاقة الكهرومائية ضرورة ملحة لبناء نظام طاقة جديد. ومن الضروري الالتزام بمبدأ تكييف التدابير مع الظروف المحلية وتطبيق سياسات شاملة. ينبغي اعتماد مخططات تقنية مختلفة لأنواع مشاريع الطاقة الكهرومائية المختلفة، سواءً القائمة منها أو المخطط لها. يجب مراعاة الاحتياجات الوظيفية لتوليد الطاقة وتخفيف ذروة الطلب، وتعديل التردد، والموازنة، بالإضافة إلى الاستخدام الأمثل للموارد المائية، وبناء أحمال طاقة قابلة للتعديل، وغيرها من الجوانب. وأخيرًا، يجب تحديد المخطط الأمثل من خلال تقييم شامل للفوائد. يُحقق تحسين قدرة تنظيم الطاقة الكهرومائية التقليدية وإنشاء محطات تخزين الطاقة بالضخ لنقل المياه بين الأحواض فوائد اقتصادية كبيرة مقارنةً بمحطات تخزين الطاقة بالضخ المُنشأة حديثًا. عمومًا، لا توجد عوائق تقنية لا يمكن التغلب عليها أمام التطوير المبتكر للطاقة الكهرومائية، إذ تتمتع بمساحة تطوير هائلة وفوائد اقتصادية وبيئية بارزة. لذا، يجدر إيلاء اهتمام كبير لها وتسريع تطويرها على نطاق واسع استنادًا إلى الممارسات التجريبية.

"توليد الطاقة + الضخ"
يشير نمط "توليد الطاقة + الضخ" إلى استخدام المنشآت الهيدروليكية، مثل محطات الطاقة الكهرومائية والسدود القائمة، بالإضافة إلى مرافق نقل وتحويل الطاقة، لاختيار مواقع مناسبة أسفل مخرج المياه لمحطة الطاقة الكهرومائية، وذلك لبناء سد تحويل مائي لتشكيل خزان سفلي، وإضافة مضخات وأنابيب ومعدات ومرافق أخرى، واستخدام الخزان الأصلي كخزان علوي. وبناءً على وظيفة توليد الطاقة لمحطة الطاقة الكهرومائية الأصلية، يتم زيادة وظيفة الضخ لنظام الطاقة خلال فترات انخفاض الحمل، مع الاستمرار في استخدام وحدات التوربينات المائية الأصلية لتوليد الطاقة، وذلك لزيادة سعة الضخ والتخزين لمحطة الطاقة الكهرومائية الأصلية، وبالتالي تحسين قدرتها على تنظيم المياه (انظر الشكل 1). كما يمكن إنشاء الخزان السفلي بشكل منفصل في موقع مناسب أسفل محطة الطاقة الكهرومائية. عند إنشاء خزان سفلي أسفل مخرج المياه لمحطة الطاقة الكهرومائية، يُنصح بالتحكم في مستوى المياه لضمان عدم التأثير على كفاءة توليد الطاقة لمحطة الطاقة الكهرومائية الأصلية. بالنظر إلى تحسين نمط التشغيل والمتطلبات الوظيفية للمشاركة في عملية التسوية، يُنصح بتجهيز المضخة بمحرك متزامن. يُعد هذا النمط مناسبًا عمومًا للتحويل الوظيفي لمحطات الطاقة الكهرومائية العاملة. تتميز المعدات والمنشآت بالمرونة والبساطة، فضلًا عن انخفاض تكلفة الاستثمار، وقصر مدة الإنشاء، وسرعة النتائج.

"توليد الطاقة + توليد الطاقة بالضخ"
يتمثل الفرق الرئيسي بين نمط "توليد الطاقة + توليد الطاقة بالضخ" ونمط "توليد الطاقة + الضخ" في أن تحويل مضخة الضخ إلى وحدة تخزين بالضخ يزيد مباشرةً من وظيفة التخزين بالضخ لمحطة الطاقة الكهرومائية التقليدية، مما يُحسّن من قدرتها التنظيمية. يتوافق مبدأ إنشاء الخزان السفلي مع نمط "توليد الطاقة + الضخ". يمكن لهذا النموذج أيضًا استخدام الخزان الأصلي كخزان سفلي، وبناء خزان علوي في موقع مناسب. بالنسبة لمحطات الطاقة الكهرومائية الجديدة، بالإضافة إلى تركيب مجموعات مولدات تقليدية محددة، يمكن تركيب وحدات تخزين بالضخ ذات سعة معينة. بافتراض أن أقصى إنتاج لمحطة طاقة كهرومائية واحدة هو P1، وأن طاقة التخزين بالضخ المُضافة هي P2، فإن نطاق تشغيل الطاقة للمحطة بالنسبة لنظام الطاقة سيتوسع من (0، P1) إلى (-P2، P1+P2).

إعادة تدوير محطات الطاقة الكهرومائية المتتالية
يُعتمد نمط التطوير المتتالي لتطوير العديد من الأنهار في الصين، حيث تُنشأ سلسلة من محطات الطاقة الكهرومائية، مثل محطات نهري جينشا ودادو. في مجموعة محطات الطاقة الكهرومائية المتتالية، سواءً كانت جديدة أو قائمة، تُستخدم خزانات المحطتين المتجاورتين كخزان علوي، بينما تُستخدم خزانات المحطتين السفليتين كخزانات سفلية. وبناءً على طبيعة الأرض، يُمكن اختيار مآخذ المياه المناسبة، ويُمكن تنفيذ التطوير من خلال الجمع بين نمطي "توليد الطاقة + الضخ" و"توليد الطاقة + توليد الطاقة بالضخ". يُعد هذا النمط مناسبًا لإعادة بناء محطات الطاقة الكهرومائية المتتالية، مما يُحسّن بشكل ملحوظ قدرة تنظيم التدفق ودورة زمن التنظيم، مُحققًا فوائد كبيرة. يُوضح الشكل 2 مخطط محطة طاقة كهرومائية مُطورة على امتداد سلسلة أنهار في الصين. لا تتجاوز المسافة من موقع سد المحطة العلوية إلى مأخذ المياه السفلي 50 كيلومترًا في الغالب.

الموازنة المحلية
يشير نمط "الموازنة المحلية" إلى إنشاء مشاريع توليد طاقة الرياح والطاقة الشمسية الكهروضوئية بالقرب من محطات الطاقة الكهرومائية، والتعديل الذاتي لعمليات محطات الطاقة الكهرومائية وموازنتها لتحقيق إنتاج طاقة مستقر وفقًا لمتطلبات الجدولة. ونظرًا لأن وحدات الطاقة الكهرومائية الرئيسية تُشغَّل جميعها وفقًا لجدول توزيع الطاقة في النظام، يُمكن تطبيق هذا النمط على محطات الطاقة ذات التدفق الشعاعي وبعض محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة التي لا تُناسبها عمليات التحويل واسعة النطاق، والتي لا تُجدول عادةً كوظائف تقليدية لتخفيف ذروة الطلب وتعديل التردد. يُمكن التحكم بمرونة في إنتاج وحدات الطاقة الكهرومائية، واستغلال قدرتها على التنظيم قصير المدى، وتحقيق التوازن المحلي وإنتاج طاقة مستقر، مع تحسين معدل استخدام أصول خطوط النقل الحالية.

مجمع تنظيم ذروة استهلاك المياه والطاقة
يعتمد نموذج "مجمع تنظيم المياه وتنظيم ذروة الطاقة" على مفهوم إنشاء محطات تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ، بالتزامن مع مشاريع رئيسية لإدارة المياه، مثل نقل المياه بين الأحواض على نطاق واسع، وذلك لإنشاء مجموعة من الخزانات ومرافق التحويل، والاستفادة من فرق الضغط بين الخزانات لإنشاء مجموعة من محطات الضخ، ومحطات الطاقة الكهرومائية التقليدية، ومحطات تخزين الطاقة بالضخ، لتشكيل مجمع متكامل لتوليد وتخزين الطاقة. وخلال عملية نقل المياه من مصادرها المرتفعة إلى المناطق المنخفضة، يستغل "مجمع نقل المياه وتخفيف ذروة الطاقة" فرق الضغط بشكل كامل لتحقيق فوائد توليد الطاقة، مع ضمان نقل المياه لمسافات طويلة وخفض تكاليف النقل. وفي الوقت نفسه، يمكن أن يعمل "مجمع المياه وتخفيف ذروة الطاقة" كحمل قابل للتوزيع ومصدر طاقة لنظام الطاقة، موفرًا خدمات تنظيمية له. إضافةً إلى ذلك، يمكن دمج هذا المجمع مع مشاريع تحلية مياه البحر لتحقيق تطبيق شامل لتنمية موارد المياه وتنظيم نظام الطاقة.

تخزين مياه البحر بالضخ
يمكن لمحطات الطاقة الكهرومائية التي تعمل بتخزين المياه بالضخ اختيار موقع مناسب على الساحل لبناء خزان علوي، مع استخدام مياه البحر كخزان سفلي. ونظرًا لصعوبة تحديد مواقع محطات الطاقة الكهرومائية التقليدية التي تعمل بتخزين المياه بالضخ، فقد حظيت هذه المحطات باهتمام الجهات الوطنية المعنية، وأُجريت دراسات استقصائية للموارد واختبارات بحثية تقنية استشرافية. كما يمكن دمج تخزين المياه بالضخ مع التطوير الشامل لطاقة المد والجزر، وطاقة الأمواج، وطاقة الرياح البحرية، وغيرها، لإنشاء محطات طاقة كهرومائية ذات سعة تخزينية كبيرة ودورة تشغيل طويلة.
باستثناء محطات توليد الطاقة الكهرومائية الجارية وبعض المحطات الصغيرة التي لا تملك سعة تخزين، يمكن لمعظم محطات الطاقة الكهرومائية ذات سعة خزان معينة دراسة وتنفيذ تحويل وظيفة التخزين بالضخ. في محطات الطاقة الكهرومائية حديثة الإنشاء، يمكن تصميم وترتيب وحدات تخزين بالضخ بسعة معينة كوحدة متكاملة. وتشير التقديرات الأولية إلى أن تطبيق أساليب التطوير الجديدة يمكن أن يزيد بسرعة من حجم قدرة تخفيف ذروة الطلب عالية الجودة بما لا يقل عن 100 مليون كيلوواط. كما أن استخدام "مجمع تنظيم المياه وتخفيف ذروة الطاقة" وتوليد الطاقة من تخزين مياه البحر بالضخ يمكن أن يوفر قدرة كبيرة للغاية على تخفيف ذروة الطلب عالية الجودة، وهو أمر بالغ الأهمية لبناء وتشغيل أنظمة الطاقة الجديدة بشكل آمن ومستقر، مع فوائد اقتصادية واجتماعية كبيرة.

مقترحات للابتكار والتطوير في مجال الطاقة الكهرومائية
أولاً، يجب وضع التصميم العام لتطوير وابتكار الطاقة الكهرومائية في أسرع وقت ممكن، وإصدار توجيهات لدعم هذا التطوير بناءً على هذا العمل. كما يجب إجراء بحوث حول القضايا الرئيسية كالأيديولوجية التوجيهية، وتحديد موقع التطوير، والمبادئ الأساسية، وأولويات التخطيط، وهيكلية تطوير الطاقة الكهرومائية، وعلى هذا الأساس، إعداد خطط التطوير، وتوضيح مراحل التطوير والتوقعات، وتوجيه الجهات المعنية في السوق لتنفيذ تطوير المشروع بشكل منظم.
ثانياً، تنظيم وتنفيذ دراسات الجدوى الفنية والاقتصادية ومشاريع العرض التوضيحي. وبالتزامن مع إنشاء أنظمة الطاقة الكهربائية الجديدة، يتم تنظيم وإجراء مسوحات للموارد لمحطات الطاقة الكهرومائية، وتحليل فني واقتصادي للمشاريع، واقتراح خطط هندسية إنشائية، واختيار مشاريع هندسية نموذجية لإجراء عروض توضيحية، واكتساب الخبرة اللازمة للتطوير على نطاق واسع.
ثالثًا، دعم البحث والتطوير في التقنيات الرئيسية. من خلال إنشاء مشاريع وطنية للعلوم والتكنولوجيا وغيرها من الوسائل، سندعم تحقيق اختراقات تقنية أساسية وعالمية، وتطوير المعدات الرئيسية، وتطبيقات تجريبية في مجال ابتكار وتطوير الطاقة الكهرومائية، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر مواد شفرات توربينات ضخ وتخزين مياه البحر، ومسح وتصميم مجمعات نقل المياه الإقليمية واسعة النطاق ومجمعات تخفيف ذروة الطاقة.
رابعًا، صياغة سياسات مالية وضريبية، وسياسات للموافقة على المشاريع، وسياسات لتسعير الكهرباء، بما يُعزز التطوير الابتكاري للطاقة الكهرومائية. مع التركيز على جميع جوانب التطوير الابتكاري لتوليد الطاقة الكهرومائية، ينبغي صياغة سياسات مثل خصومات الفائدة المالية، ودعم الاستثمار، والحوافز الضريبية، بما يتناسب مع الظروف المحلية في المراحل الأولى من تطوير المشروع، بما في ذلك الدعم المالي الأخضر، لتقليل التكاليف المالية للمشروع. بالنسبة لمشاريع تجديد محطات التخزين بالضخ التي لا تُغير بشكل جوهري الخصائص الهيدرولوجية للأنهار، ينبغي تطبيق إجراءات موافقة مُبسطة لتقليل دورة الموافقة الإدارية. ترشيد آلية تسعير الكهرباء لوحدات التخزين بالضخ وآلية تسعير الكهرباء لتوليد الطاقة بالضخ لضمان عوائد مُجدية.