لديّ صديقٌ في أوج عطائه ويتمتع بصحةٍ جيدة. مع أنني لم أتلقَّ أيَّ أخبارٍ منك منذ أيامٍ طويلة، إلا أنه من المتوقع أن يكون كلُّ شيءٍ على ما يُرام. التقيتُ به صدفةً هذا اليوم، لكنه بدا منهكًا للغاية. لم أستطع منع نفسي من القلق عليه. تقدمتُ لأسأل عن التفاصيل.
تنهد وقال ببطء، "أنا معجب بفتاة مؤخرًا". يمكن القول إن "الابتسامات الجميلة والعيون الجميلة" تحرك أوتار قلبي. ومع ذلك، فإن الوالدين في المنزل ما زالوا في الفصل الدراسي ولديهم شكوك، لذلك لم يتم تعيينهم لفترة طويلة. "حزامي يزداد اتساعًا ولن أندم على ذلك، وسأكون هزيلًا من أجل العراق"، مما يجعلني أشعر بهذا اليوم. أعلم دائمًا أن لديك الكثير من المعرفة. الآن وقد قدر لك أن تلتقي اليوم، أود أن أطلب منك مساعدة الموظفين. إذا كان القدر مقدرًا بالطبيعة، منذ استيفاء الطقوس الستة، سيتزوج اللقبان ويعقدان عقدًا في منزل واحد. لن تنتهي العلاقة الجيدة أبدًا، مطابقة نفس الاسم. مع وعد الرأس الأبيض، اكتب إلى هونغجيان، بحيث يمكن تسجيل تحالف الأوراق الحمراء في شجرة اليوسفي. إذا كان هناك أي خلاف، فعلينا أيضًا "حل المظالم وحل العقدة، ناهيك عن كراهية بعضنا البعض؛ أحدهما يفترق والآخر يتسامح، وكلٌّ منا سعيد". بالمناسبة، لهذه الفتاة اسم مزدوج لضخ المياه واسم مزدوج لتخزين الطاقة.
بعد الاستماع إلى هذا، لستُ غاضبًا إطلاقًا. من الواضح أن قائدكم هو من طلب منكم تقييم جدوى محطة الطاقة المُخزّنة بالضخ، لكنكم ذكرتم أنها جديدة ومُحسّنة. "الزواج الناجح من صنع الطبيعة، والزوجان الناجحان من صنع الطبيعة". لا أستطيع التعبير عن مشاعري. ولكن فيما يتعلق بمحطات الطاقة المُخزّنة بالضخ، سألتُ للتوّ أحد كبار المسؤولين عن نظام تقييم "التكامل الخماسي" بعد دراسة أكثر من 100 مشروع من مشاريع الطاقة المُخزّنة بالضخ. وهي تشمل الموقع الجغرافي، وظروف البناء، والظروف الخارجية، والتصميم الهندسي، والمؤشرات الاقتصادية. إن أردتم، فاستمعوا إليّ.
1. الموقع الجغرافي
هناك مقولة قديمة في قطاع العقارات مفادها أن "الموقع، الموقع، الموقع" هو "الموقع، الموقع، أو الموقع". وقد انتشر هذا القول الشهير في وول ستريت على نطاق واسع بعد أن نقله لي كا شينغ.
في التقييم الشامل لمشاريع تخزين الطاقة بالضخ، يُعدّ الموقع الجغرافي أيضًا عاملًا أساسيًا. يخدم توجه وظائف تخزين الطاقة بالضخ بشكل رئيسي شبكة الكهرباء أو تطوير قواعد طاقة جديدة واسعة النطاق. لذلك، يتمركز الموقع الجغرافي لمحطة توليد الطاقة بالتخزين بالضخ بشكل رئيسي في نقطتين: إحداهما قريبة من مركز الحمل، والأخرى قريبة من قاعدة الطاقة الجديدة.
حاليًا، تقع معظم محطات توليد الطاقة بالضخ والتخزين، التي بُنيت أو قيد الإنشاء في الصين، في مركز الأحمال بالشبكة الكهربائية. على سبيل المثال، تقع محطة توليد الطاقة بالضخ والتخزين في غوانزو (2.4 مليون كيلوواط) على بُعد 90 كيلومترًا من غوانزو، ومحطة توليد الطاقة بالضخ والتخزين في مقابر مينغ (0.8 مليون كيلوواط) على بُعد 40 كيلومترًا من بكين، ومحطة توليد الطاقة بالضخ والتخزين في تيانهوانغ بينغ (1.8 مليون كيلوواط) على بُعد 57 كيلومترًا من هانغتشو، ومحطة توليد الطاقة بالضخ والتخزين في شنتشن (1.2 مليون كيلوواط) تقع في منطقة شنتشن الحضرية.
بالإضافة إلى ذلك، لتلبية احتياجات التطور السريع للطاقة الجديدة، وبالاعتماد على التنمية المتكاملة للمياه والمناظر الطبيعية، وتطوير قاعدة طاقة جديدة في الصحراء وصحراء جوبي، يُمكن التخطيط أيضًا لمجموعة جديدة من محطات توليد الطاقة بالضخ والتخزين بالقرب من قاعدة الطاقة الجديدة. على سبيل المثال، تُخطط حاليًا محطات توليد الطاقة بالضخ والتخزين في شينجيانغ، وقانسو، وشنشي، ومنغوليا الداخلية، وشانشي، وغيرها من المناطق، بالإضافة إلى تلبية احتياجات شبكة الكهرباء المحلية، لتوفير خدمات قاعدة الطاقة الجديدة بشكل رئيسي.
لذا، فإن أول نقطة في التقييم الشامل لمحطات توليد الطاقة بالضخ والتخزين هي معرفة أين نشأت. بشكل عام، ينبغي أن يتبع التخزين بالضخ مبدأ التوزيع اللامركزي، مع التركيز على التوزيع بالقرب من مركز أحمال الشبكة ومنطقة تركيز الطاقة الجديدة. بالإضافة إلى ذلك، ينبغي إعطاء الأولوية للمناطق التي لا تحتوي على محطات تخزين بالضخ عندما تكون ظروف الموارد جيدة.
2. شروط البناء
1. الظروف الطبوغرافية
يشمل تحليل الظروف الطبوغرافية بشكل رئيسي منسوب المياه، ونسبة المسافة إلى الارتفاع، وسعة التخزين الطبيعية الفعالة للخزانات العلوية والسفلية. الطاقة المخزنة في التخزين المضخوخ هي في الأساس طاقة الوضع الجاذبية للماء، وهي تساوي حاصل ضرب فرق الارتفاع في جاذبية الماء في الخزان. لذلك، لتخزين نفس الطاقة، يجب إما زيادة فرق الارتفاع بين الخزانين العلوي والسفلي، أو زيادة سعة التخزين المنظمة للخزانين العلوي والسفلي المضخوخين.
إذا تم استيفاء الشروط، فمن الأنسب أن يكون هناك فرق ارتفاع أكبر بين الخزانات العلوية والسفلية، مما يمكن أن يقلل من حجم الخزانات العلوية والسفلية وحجم المصنع والمعدات الكهروميكانيكية، ويقلل من استثمار المشروع. ومع ذلك، وفقًا لمستوى التصنيع الحالي لوحدات التخزين بالضخ، فإن فرق الارتفاع الكبير جدًا سيؤدي أيضًا إلى صعوبة أكبر في تصنيع الوحدة، لذا كلما كان أكبر كان ذلك أفضل. وفقًا للخبرة الهندسية، يتراوح الانخفاض العام بين 400 و700 متر. على سبيل المثال، يبلغ الارتفاع المقدر لمحطة توليد الطاقة بالتخزين بالضخ في مقابر مينغ 430 مترًا؛ ويبلغ الارتفاع المقدر لمحطة توليد الطاقة بالتخزين بالضخ في شيانجو 447 مترًا؛ ويبلغ الارتفاع المقدر لمحطة توليد الطاقة بالتخزين بالضخ في تيانتشي 510 أمتار؛ ويبلغ الارتفاع المقدر لمحطة توليد الطاقة بالتخزين بالضخ في تيانهوانغ بينغ 526 مترًا؛ ويبلغ الارتفاع المقدر لمحطة توليد الطاقة بالتخزين بالضخ في شيلونغتشي 640 مترًا؛ ويبلغ الارتفاع المقدر لمحطة توليد الطاقة بالتخزين بالضخ في دونهوا 655 مترًا. في الوقت الحاضر، تمتلك محطة تشانغلونغشان لتوليد الطاقة بالضخ والتخزين أعلى رأس استخدام يبلغ 710 م، والذي تم بناؤه في الصين؛ وأعلى رأس استخدام لمحطة توليد الطاقة بالضخ والتخزين قيد الإنشاء هي محطة توليد الطاقة بالضخ والتخزين تيانتاي، برأس مصنف يبلغ 724 م.
نسبة المسافة إلى العمق هي النسبة بين المسافة الأفقية وفرق الارتفاع بين الخزانين العلوي والسفلي. بشكل عام، يُنصح بتصغيرها، مما يُقلل من كمية المياه المستخدمة في نظام نقل المياه ويوفر التكاليف الهندسية. ومع ذلك، ووفقًا للخبرة الهندسية، فإن صغر نسبة المسافة إلى الارتفاع قد يُسبب مشاكل مثل التصميم الهندسي والمنحدرات العالية والشديدة، لذا يُنصح عمومًا بأن تتراوح نسبة المسافة إلى الارتفاع بين 2 و10. على سبيل المثال، تبلغ نسبة المسافة إلى الارتفاع في محطة تشانغلونغشان لتخزين المياه بالضخ 3.1، بينما تبلغ نسبة المسافة إلى الارتفاع في محطة هويتشو لتخزين المياه بالضخ 8.3.
عندما تكون تضاريس أحواض الخزانات العلوية والسفلية مفتوحة نسبيًا، يمكن أن تتشكل الحاجة إلى تخزين الطاقة ضمن مساحة صغيرة من حوض الخزان. وإلا، فمن الضروري توسيع مساحة حوض الخزان أو تعديل سعة الخزان من خلال التوسع والحفر، وزيادة إشغال الأرض وكمية الهندسة. بالنسبة لمحطات توليد الطاقة التي تعمل بالضخ والتخزين بسعة مثبتة تبلغ 1.2 مليون كيلوواط وساعات الاستخدام الكاملة لمدة 6 ساعات، فإن سعة التخزين لتنظيم توليد الطاقة تحتاج إلى حوالي 8 ملايين متر مكعب و7 ملايين متر مكعب و6 ملايين متر مكعب على التوالي عندما يكون منسوب المياه 400 متر و500 متر و600 متر. وعلى هذا الأساس، من الضروري أيضًا مراعاة سعة التخزين الميتة وسعة تخزين احتياطي فقدان المياه وعوامل أخرى لتحديد السعة التخزينية الإجمالية للخزان في النهاية. من أجل تلبية متطلبات سعة الخزان، يجب تشكيلها عن طريق بناء سد أو توسيع الحفر في الخزان بالتزامن مع التضاريس الطبيعية.
علاوة على ذلك، عادةً ما تكون مساحة مستجمعات المياه في الخزان العلوي صغيرة، ويمكن حلّ مشكلة التحكم في الفيضانات في المشروع بزيادة ارتفاع السد بشكل مناسب. لذلك، يُعدّ الوادي الضيق عند مخرج حوض الخزان العلوي مكانًا مثاليًا لبناء السد، مما يُقلّل بشكل كبير من امتلاء السد.
2. الظروف الجيولوجية
الجبال الخضراء فقط هي التي تشبه الجدران عندما تشير إلى السلالات الستة.
——يوان سادورا
وتشمل الظروف الجيولوجية بشكل رئيسي الاستقرار الهيكلي الإقليمي، والظروف الجيولوجية الهندسية للخزانات العلوية والسفلية ومناطق تقاطعها، والظروف الجيولوجية الهندسية لنظام نقل المياه وتوليد الطاقة، ومواد البناء الطبيعية.
يجب أن تتجنب هياكل الاحتجاز والتفريغ لمحطة توليد الطاقة بالتخزين الضخّي الصدوع النشطة، ويجب ألا تشهد منطقة الخزان انهيارات أرضية كبيرة أو تدفقات حطامية أو ظواهر جيولوجية ضارة أخرى. يجب أن تتجنب كهوف محطة الطاقة الجوفية الكتل الصخرية الضعيفة أو المتكسرة. عندما يتعذر تجنب هذه الظروف من خلال التصميم الهندسي، فإن الظروف الجيولوجية ستعيق بناء محطة توليد الطاقة بالتخزين الضخّي.
حتى لو تجنبت محطة توليد الطاقة بالتخزين الضخّي القيود المذكورة أعلاه، فإن الظروف الجيولوجية تؤثر بشكل كبير على تكلفة المشروع. وبشكل عام، كلما قلّت الزلازل في منطقة المشروع وزادت صلابة الصخور، كان ذلك أفضل لخفض تكلفة بناء محطات توليد الطاقة بالتخزين الضخّي.
وفقا لخصائص المباني وخصائص تشغيل محطة توليد الطاقة التخزينية المضخوخة، يمكن تلخيص المشاكل الجيولوجية الهندسية الرئيسية على النحو التالي:
(1) بالمقارنة مع محطات الطاقة التقليدية، هناك مجال أوسع لمقارنة واختيار موقع المحطة وموقع الخزان في محطات الطاقة التي تعمل بالضخ والتخزين. يمكن تحديد المواقع ذات الظروف الجيولوجية السيئة أو المعالجة الهندسية الصعبة من خلال العمل الجيولوجي في مرحلة مسح موقع المحطة وتخطيطها. ويكتسب الاستكشاف الجيولوجي أهمية خاصة في هذه المرحلة.
ولكن عجائب الدنيا وغرائبها غالباً ما تكمن في الخطر والبعد، وما هو أندر من البشر، فيستحيل على كل من له إرادة أن يصل إليه.
—— أسرة سونغ، وانغ أنشي
مسح موقع السد العلوي لمحطة شيتاي لتوليد الطاقة بالضخ والتخزين في مقاطعة آنهوي
(2) توجد العديد من الكهوف الهندسية تحت الأرض، وأجزاء طويلة من أنفاق الضغط العالي، وضغط مائي داخلي كبير، ودفن عميق، وحجم كبير. من الضروري إثبات استقرار الصخور المحيطة بشكل كامل، وتحديد طريقة الحفر، ونوع الدعامات والبطانة، ونطاق وعمق الصخور المحيطة بالنفق.
(3) نظرًا لصغر سعة خزان التخزين المُضخّ، وارتفاع تكلفة الضخ خلال فترة التشغيل، يجب التحكم بدقة في كمية التسرب في الخزان العلوي. يقع الخزان العلوي غالبًا في أعلى الجبل، وعادةً ما تحيط به وديان منخفضة. يتم اختيار عدد كبير من المحطات في المناطق ذات التضاريس الكارستية السلبية للاستفادة من التضاريس المواتية. تُعد مشاكل التسرب في الوديان المجاورة للخزان والكارست شائعة نسبيًا، ويجب التركيز عليها، ويجب التحكم جيدًا في جودة البناء.
(4) يُعد توزيع المواد المستخدمة في ردم سد حوض محطة توليد الطاقة بالضخ والتخزين عاملاً أساسياً في تحديد معدل استخدام مصدر المواد. عندما تلبي احتياطيات المواد المستخدمة في منطقة حفر حوض الخزان فوق مستوى المياه الميتة متطلبات ردم السد، ولا توجد مواد تجريف سطحية، يتم الوصول إلى الحالة المثالية لتوازن حفر وملء مصدر المواد. عندما تكون مادة التجريف السطحية سميكة، يمكن حل مشكلة استخدامها في السد عن طريق تقسيم مادة السد. لذلك، من المهم للغاية إنشاء نموذج جيولوجي دقيق نسبياً للخزانين العلوي والسفلي من خلال وسائل استكشاف فعالة لتصميم توازن الحفر وملء حوض الخزان.
(5) أثناء تشغيل الخزان، يكون ارتفاع وانخفاض منسوب المياه بشكل مفاجئ وكبير ومتكرر، كما أن طريقة تشغيل محطة توليد الطاقة بالضخ تؤثر بشكل كبير على استقرار منحدر ضفة الخزان، مما يفرض متطلبات جيولوجية أعلى لمنحدر ضفة الخزان. في حال عدم استيفاء متطلبات عامل الأمان للاستقرار، يلزم إبطاء نسبة ميل الحفر أو زيادة قوة الدعم، مما يؤدي إلى زيادة تكاليف الهندسة.
(6) إن أساس حوض خزان منع التسرب بأكمله لمحطة الطاقة التخزينية المضخوخة له متطلبات عالية للتشوه والصرف والتجانس، وخاصة بالنسبة لأساس حوض خزان منع التسرب بأكمله في المناطق الكارستية، وانهيار الكارست في قاع الخزان، والتشوه غير المتساوي للأساس، والرفع العكسي لمياه الكارست، والضغط السلبي للكارست، وانهيار العبء الزائد للاكتئاب الكارستي، وغيرها من القضايا تحتاج إلى الاهتمام الكافي.
(7) نظرًا لاختلاف الارتفاع الكبير لمحطة توليد الطاقة المخزنة بالضخ، فإن الوحدة العكسية تتطلب متطلبات أعلى للتحكم في محتوى الرواسب المارة عبر التوربين. من الضروري الاهتمام بحماية ومعالجة تصريف مصدر المواد الصلبة في الوادي عند الحافة الخلفية للمنحدر عند مدخل ومخرج الوادي، وتخزين رواسب موسم الفيضان.
(8) لن تُشكّل محطات توليد الطاقة التي تعمل بالضخ والتخزين سدودًا عالية وخزانات كبيرة. لا يتجاوز ارتفاع السدود ومنحدراتها المحفورة يدويًا في معظم الخزانات العلوية والسفلية 150 مترًا. كما أن معالجة المشاكل الهندسية الجيولوجية المتعلقة بأساسات السد ومنحدراته العالية أسهل من معالجة السدود العالية والخزانات الكبيرة في محطات توليد الطاقة التقليدية.
3. شروط تشكيل المستودع
يجب أن تتمتع الخزانات العلوية والسفلية بظروف تضاريس مناسبة للسد. وبشكل عام، يؤخذ في الاعتبار رأس الاستخدام الذي يبلغ حوالي 400-500 متر بناءً على السعة المركبة البالغة 1.2 مليون كيلووات وساعات الاستخدام لتوليد الطاقة الكاملة لمدة 6 ساعات، أي أن سعة التخزين المنظمة لخزانات المياه العلوية والسفلية للتخزين بالضخ تبلغ حوالي 6 ملايين إلى 8 ملايين متر مكعب. تحتوي بعض محطات التخزين بالضخ بشكل طبيعي على "بطن". من السهل تكوين سعة الخزان من خلال السد. في هذه الحالة، يمكن حجزها من خلال السد. ومع ذلك، فإن بعض محطات التخزين بالضخ لها سعة تخزين طبيعية صغيرة وتحتاج إلى الحفر لتشكيل سعة التخزين. سيؤدي هذا إلى مشكلتين، إحداهما هي تكلفة التطوير المرتفعة نسبيًا، والأخرى هي أن سعة التخزين تحتاج إلى الحفر بكميات كبيرة، ويجب ألا تكون سعة تخزين الطاقة لمحطة الطاقة كبيرة جدًا.
بالإضافة إلى متطلبات سعة التخزين، ينبغي لمشروع خزان التخزين بالضخ أن يأخذ في الاعتبار أيضًا منع تسرب المياه في الخزان، وموازنة حفر التربة والصخور وملءها، واختيار نوع السد، وما إلى ذلك، وتحديد مخطط التصميم من خلال مقارنة فنية واقتصادية شاملة. بشكل عام، إذا أمكن تكوين خزان عن طريق السد، واعتمد منع التسرب محليًا، فإن ظروف تكوين الخزان تكون جيدة نسبيًا (انظر الشكل 2.3-1)؛ أما إذا تشكل "حوض" من خلال حفريات واسعة، واعتمد نوع الحوض المضاد للتسرب بالكامل، فإن ظروف تكوين الخزان تكون عامة نسبيًا (انظر الشكلين 2.3-2 و2.3-3).
إذا أخذنا محطة طاقة تخزين الضخ في قوانغتشو ذات ظروف تشكيل الخزان الجيدة كمثال، فإن ظروف تشكيل الخزان العلوي والسفلي جيدة نسبيًا، ويمكن تشكيل الخزان عن طريق السد، مع سعة خزان علوي تبلغ 24.08 مليون متر مكعب وسعة خزان سفلي تبلغ 23.42 مليون متر مكعب.
بالإضافة إلى ذلك، تُتخذ محطة تيانهوانغ بينغ لتوليد الطاقة الكهربائية بالتخزين والضخ مثالاً. يقع الخزان العلوي في منخفض منبع الوادي من الخندق الفرعي على الضفة اليسرى لنهر داكسي، ويحيط به السد الرئيسي، وأربعة سدود مساعدة، ومدخل/مخرج، والجبال المحيطة بالخزان. يقع السد الرئيسي في المنخفض عند الطرف الجنوبي للخزان، بينما يقع السد المساعد في الممرات الأربعة في الشرق والشمال والغرب والجنوب الغربي. ظروف التخزين متوسطة، بسعة تخزين إجمالية تبلغ 9.12 مليون متر مكعب.
4. ظروف مصدر المياه
تختلف محطات توليد الطاقة الضخّية عن محطات الطاقة الكهرومائية التقليدية، حيث يُسكب الماء الصافي بين الخزانين العلوي والسفلي. عند ضخّ المياه، يُسكب الماء من الخزان السفلي إلى الخزان العلوي، وعند توليد الكهرباء، يُنزل الماء من الخزان العلوي إلى الخزان السفلي. لذلك، تكمن مشكلة مصدر المياه في محطة توليد الطاقة الضخّية في تلبية احتياجات التخزين الأولي، أي تخزين المياه في الخزان أولاً، وتعويض حجم المياه المتناقص بسبب التبخر والتسرب أثناء التشغيل اليومي. تبلغ سعة التخزين الضخّية عادةً حوالي 10 ملايين متر مكعب، ومتطلبات حجم المياه ليست عالية. لن تُشكّل ظروف مصدر المياه في المناطق ذات الأمطار الغزيرة وشبكات الأنهار الكثيفة شروطًا مُقيّدة لبناء محطات توليد الطاقة الضخّية. ومع ذلك، بالنسبة للمناطق القاحلة نسبيًا مثل الشمال الغربي، أصبحت حالة مصدر المياه عاملاً مُقيّدًا مهمًا. بعض الأماكن تتوفر فيها الظروف الطبوغرافية والجيولوجية لبناء خزانات الضخ، ولكن قد لا يتوفر مصدر مائي لتخزين المياه لعشرات الكيلومترات.
3. الظروف الخارجية
جوهر قضايا الهجرة والبيئة هو معالجة مسألة احتلال الموارد العامة والتعويض عنها. إنها عملية رابحة للجميع ومتعددة الأطراف.
1. الاستحواذ على الأراضي وإعادة التوطين للبناء
يشمل نطاق استملاك الأراضي لبناء محطة توليد الطاقة بالتخزين بالضخ منطقة غمر الخزانين العلوي والسفلي، بالإضافة إلى منطقة إنشاء المشروع الكهرومائي. على الرغم من وجود خزانين في محطة توليد الطاقة بالتخزين بالضخ، إلا أن صغر حجم الخزانين، واستخدام بعضهما لبحيرات طبيعية أو خزانات قائمة، غالبًا ما يكون نطاق استملاك الأراضي للبناء أصغر بكثير من نطاق محطات الطاقة الكهرومائية التقليدية. ولأن معظم أحواض الخزانات محفورة، فإن مساحة بناء المشروع الكهرومائي غالبًا ما تشمل منطقة غمر الخزان، وبالتالي فإن نسبة مساحة بناء المشروع الكهرومائي في نطاق استملاك الأراضي لبناء المشروع أكبر بكثير من نسبة محطة الطاقة الكهرومائية التقليدية.
تشمل منطقة غمر الخزان بشكل أساسي منطقة الغمر أسفل مستوى حوض الخزان الطبيعي، بالإضافة إلى منطقة المياه الراكدة ومنطقة الخزان المتأثرة.
تشمل منطقة بناء مشروع الطاقة الكهرومائية بشكل رئيسي مباني المشروع ومنطقة الإدارة الدائمة للمشروع. تُحدد منطقة بناء المشروع الرئيسي كمنطقة مؤقتة ومنطقة دائمة وفقًا لغرض كل قطعة أرض. ويمكن إعادة الأرض المؤقتة إلى استخدامها الأصلي بعد الاستخدام.
تم تحديد نطاق استملاك الأراضي للبناء، وتتمثل الخطوة التالية المهمة في دراسة المؤشرات المادية لاستملاك الأراضي للبناء، بما يُمكّن من "معرفة الذات ومعرفة الآخر". ويتمثل ذلك بشكل رئيسي في دراسة كمية ونوعية وملكية السكان، والأراضي، والمباني، والمنشآت، والآثار الثقافية والمواقع التاريخية، والرواسب المعدنية، وغيرها، ضمن نطاق استملاك الأراضي للبناء.
وفيما يتعلق باتخاذ القرار، فإن الاهتمام الرئيسي هو ما إذا كان الاستحواذ على الأراضي للبناء ينطوي على عوامل حساسة رئيسية، مثل حجم وكمية الأراضي الزراعية الأساسية الدائمة، والغابات ذات الرفاهية العامة من الدرجة الأولى، والقرى والبلدات الهامة، والآثار الثقافية الرئيسية والمواقع التاريخية، والرواسب المعدنية.
2. حماية البيئة الإيكولوجية
يجب أن يلتزم بناء محطات تخزين الطاقة بالضخ بمبدأ "الأولوية البيئية والتنمية الخضراء".
يُعد تجنب المناطق الحساسة بيئيًا شرطًا أساسيًا لجدوى المشروع. تشير المناطق الحساسة بيئيًا إلى جميع أنواع مناطق الحماية على جميع المستويات المُنشأة وفقًا للقانون، والمناطق الحساسة بشكل خاص للتأثير البيئي لمشروع البناء. عند اختيار المواقع، يجب فحص المناطق الحساسة بيئيًا وتجنبها أولاً، بما في ذلك بشكل رئيسي خطوط الحماية البيئية، والحدائق الوطنية، والمحميات الطبيعية، والمواقع ذات المناظر الخلابة، ومواقع التراث الثقافي والطبيعي العالمي، ومناطق حماية مصادر مياه الشرب، وحدائق الغابات، والحدائق الجيولوجية، وحدائق الأراضي الرطبة، ومنطقة حماية موارد البلازما الجرثومية المائية، إلخ. بالإضافة إلى ذلك، من الضروري أيضًا تحليل مدى التوافق والتنسيق بين الموقع والتخطيط ذي الصلة، مثل مساحة الأرض، والبناء الحضري والريفي، و"ثلاثة خطوط وواحد".
تُعد تدابير حماية البيئة إجراءات مهمة للحد من الأثر البيئي. إذا لم يشمل المشروع مناطق حساسة بيئيًا، فسيكون قابلاً للتنفيذ من منظور حماية البيئة، إلا أن تنفيذه سيؤثر حتمًا على بيئة المياه والغاز والصوت والبيئة البيئية، مما يستدعي اتخاذ سلسلة من التدابير المحددة لإزالة الآثار السلبية أو التخفيف منها، مثل معالجة مياه الصرف الصناعي ومياه الصرف الصحي المنزلية، وتصريف التدفق البيئي.
يُعدّ بناء المناظر الطبيعية وسيلةً مهمةً لتحقيق تطويرٍ عالي الجودة لمحطات الضخ والتخزين. تقع محطات توليد الطاقة بالضخ والتخزين عادةً في المناطق الجبلية والتلال ذات البيئة البيئية الجيدة. بعد اكتمال المشروع، سيتم تشكيل خزانين. بعد الترميم البيئي وبناء المناظر الطبيعية، يمكن إدراجهما ضمن المواقع ذات المناظر الخلابة أو مناطق الجذب السياحي لتحقيق التنمية المتناغمة لمحطة الطاقة والبيئة. تطبيق مفهوم "المياه الخضراء والجبال الخضراء هي جبال ذهبية وجبال فضية". على سبيل المثال، تم إدراج محطة توليد الطاقة بالضخ والتخزين في تشجيانغ تشانغلونغشان ضمن الموقع ذي المناظر الخلابة الرئيسي لمنطقة تيانهوانغ بينغ ذات المناظر الخلابة في مقاطعة جيانغنان تيانتشي، وتم إدراج محطة توليد الطاقة بالضخ والتخزين في تشوجيانغ ضمن منطقة الحماية من المستوى الثالث لمنطقة لانكيشان-ووشيجيانغ ذات المناظر الخلابة في مقاطعة لانكيشان.
4. التصميم الهندسي
يتضمن التصميم الهندسي لمحطة الطاقة التخزينية الضخية بشكل أساسي مقياس المشروع والهياكل الهيدروليكية وتصميم تنظيم البناء والهياكل الكهروميكانيكية والمعدنية وما إلى ذلك.
1. حجم المشروع
يتضمن المقياس الهندسي لمحطة الطاقة التخزينية المضخوخة بشكل أساسي القدرة المركبة وعدد الساعات الكاملة المستمرة ومستوى المياه المميز الرئيسي للخزان والمعلمات الأخرى.
ينبغي أن يُراعى عند اختيار السعة المُركّبة وعدد ساعات التشغيل الكاملة المُستمرة لمحطة توليد الطاقة المُخزّنة بالضخّ كلاً من الحاجة والإمكانية. تُشير الحاجة إلى طلب نظام الطاقة، وقد تُشير إلى ظروف بناء محطة الطاقة نفسها. تعتمد الطريقة العامة على تحليل الوضع الوظيفي لأنظمة الطاقة المختلفة لمحطات توليد الطاقة المُخزّنة بالضخّ ومتطلبات نظام الطاقة لعدد ساعات التشغيل الكاملة المُستمرة، وذلك لوضع خطة مُحكمة للسعة المُركّبة وعدد ساعات التشغيل الكاملة المُستمرة، واختيار السعة المُركّبة وعدد ساعات التشغيل الكاملة المُستمرة من خلال محاكاة إنتاج الطاقة والمقارنة الفنية والاقتصادية الشاملة.
عمليًا، تتمثل إحدى الطرق البسيطة للتخطيط الأولي للسعة المركبة وساعات الاستخدام الكاملة في تحديد سعة الوحدة وفقًا لنطاق منسوب المياه، ثم تحديد إجمالي السعة المركبة وساعات الاستخدام الكاملة وفقًا لطاقة التخزين الطبيعية للتخزين بالضخ. حاليًا، في نطاق انخفاض منسوب المياه بين 300 و500 متر، تُعد تقنية تصميم وتصنيع الوحدة ذات السعة المُقدرة بـ 300,000 كيلوواط متطورة، وظروف التشغيل مستقرة، وخبرة الممارسة الهندسية هي الأغنى (ولهذا السبب، فإن السعة المركبة لمعظم محطات توليد الطاقة بالضخ والتخزين قيد الإنشاء عادةً ما تكون عددًا زوجيًا قدره 300,000 كيلوواط، مع مراعاة متطلبات التصميم اللامركزي، وأخيرًا تبلغ غالبيتها 1.2 مليون كيلوواط). بعد تحديد سعة الوحدة مبدئيًا، يُحلل تخزين الطاقة الطبيعية لمحطة توليد الطاقة بالضخ والتخزين بناءً على الظروف الطبوغرافية والجيولوجية للخزانات العلوية والسفلية، وفقد الضغط في ظروف توليد الطاقة والضخ. على سبيل المثال، من خلال التحليل الأولي، إذا كان متوسط انخفاض مستوى المياه بين الخزانات العلوية والسفلية لمحطة طاقة تخزين الضخ حوالي 450 مترًا، فمن المناسب اختيار 300000 كيلووات من سعة الوحدة؛ تبلغ طاقة التخزين الطبيعية للخزانات العلوية والسفلية حوالي 6.6 مليون كيلووات في الساعة، لذلك يمكن اعتبار أربع وحدات، أي أن إجمالي السعة المركبة هو 1.2 مليون كيلووات؛ بالاقتران مع طلب نظام الطاقة، بعد بعض التوسع وحفر الخزان بناءً على الظروف الطبيعية، سيصل إجمالي تخزين الطاقة إلى 7.2 مليون كيلووات في الساعة، وهو ما يتوافق مع ساعات توليد الطاقة الكاملة المستمرة لمدة 6 ساعات.
يشمل منسوب المياه المميز للخزان بشكل رئيسي منسوب المياه العادي، ومنسوب المياه الميتة، ومنسوب الفيضان. ويتم تحديد منسوب المياه المميز لهذه الخزانات عادةً بعد تحديد عدد ساعات التشغيل الكاملة المتواصلة والسعة الإجمالية.
2. الهياكل الهيدروليكية
أمامنا نهرٌ جارف، وخلفنا أضواءٌ ساطعة. هكذا هي حياتنا، نكافح ونركض للأمام.
——أغنية بناة الحفاظ على المياه
تشمل الهياكل الهيدروليكية لتخزين المياه بالضخ عادةً خزانًا علويًا وخزانًا سفليًا ونظام نقل مياه ومحطة طاقة تحت الأرض ومحطة تحويل. يتمثل الهدف الرئيسي في تصميم خزاني المياه العلوي والسفلي في الحصول على سعة تخزين كبيرة بأقل تكلفة هندسية. تعتمد معظم الخزانات العلوية على الجمع بين الحفر والسد، ومعظمها سدود صخرية سطحية. ووفقًا للظروف الجيولوجية، يمكن حل مشكلة تسرب خزان محطة الطاقة بالضخ من خلال منع تسرب الخزان بالكامل ومنع تسرب الستارة المحيطة به. يمكن استخدام مواد منع التسرب كصفائح سطحية من الأسفلت والخرسانة، أو أغشية أرضية، أو بطانية طينية، وغيرها.
مخطط تخطيطي لمحطة توليد الطاقة المخزنة بالضخ
عند اعتماد نظام منع تسرب حوض الخزان بأكمله لخزان محطة توليد الطاقة المخزنة بالضخ، ينبغي النظر في نموذج منع تسرب السد ونموذج منع تسرب حوض الخزان ككل، وذلك لتجنب أو تقليل المعالجة المشتركة بين هياكل منع التسرب المختلفة قدر الإمكان، وتحسين الموثوقية. يُستخدم حوض الخزان بأكمله ذو الردم العالي لمنع التسرب في قاع الخزان. يجب أن يكون هيكل منع التسرب في قاع الخزان مناسبًا للتشوهات الكبيرة أو غير المتساوية الناتجة عن الردم العالي.
يتميز منسوب المياه في محطة توليد الطاقة المضخة بالتخزين بارتفاعه، وضغط هيكل قناة المياه كبير. بناءً على منسوب المياه، يمكن اختيار الظروف الجيولوجية للصخور المحيطة، وحجم الأنابيب المتشعبة، وبطانة الفولاذ، وبطانة الخرسانة المسلحة، وغيرها من الطرق.
بالإضافة إلى ذلك، من أجل ضمان سلامة التحكم في الفيضانات لمحطة الطاقة، تحتاج محطة تخزين الطاقة المضخوخة أيضًا إلى ترتيب هياكل تصريف الفيضانات، وما إلى ذلك، والتي لن يتم تفصيلها هنا.
3. تصميم منظمة البناء
تشمل المهام الرئيسية لتصميم منظمة البناء لمحطة الطاقة التخزينية الضخية ما يلي: دراسة ظروف بناء المشروع، وتحويل البناء، وتخطيط مصدر المواد، وبناء المشروع الرئيسي، ونقل البناء، ومرافق مصنع البناء، والتخطيط العام للبناء، والجدول الزمني العام للبناء (فترة البناء)، إلخ.
في أعمال التصميم، يجب علينا الاستفادة الكاملة من الظروف الطبوغرافية والجيولوجية لموقع المحطة، والجمع بين ظروف البناء وخطة التصميم الهندسي، وفي مبدأ الاستخدام المكثف والاقتصادي للأراضي، رسم خطة البناء الهندسي في البداية، وتوازن الأعمال الترابية وخطة تخطيط البناء العام، وذلك لتقليل احتلال الأراضي الصالحة للزراعة وتقليل تكلفة المشروع.
باعتبارها دولة رائدة في مجال البناء، تتمتع الصين بسمعة عالمية في إدارة ومستوى البناء. في السنوات الأخيرة، حقق تخزين الضخ الصيني العديد من الاستكشافات المفيدة في مجالات البناء الأخضر، والبحث والتطوير، وتطبيق المعدات الرئيسية، والبناء الذكي. وقد وصلت بعض تقنيات البناء إلى المستوى الدولي أو تطورت. ويتجلى ذلك بشكل رئيسي في نضج تكنولوجيا بناء السدود بشكل متزايد، والتقدم الجديد في تكنولوجيا بناء الأنابيب المتشعبة عالية الضغط، والعدد الكبير من الممارسات الناجحة لحفر ودعم مجموعات الكهوف تحت الأرض في ظل ظروف جيولوجية معقدة، والابتكار المستمر في تكنولوجيا ومعدات بناء الأعمدة المائلة، والإنجازات البارزة في البناء الآلي والذكي، والاختراق الكبير لآلات حفر الأنفاق (TBM) في بناء الأنفاق.
4. الهيكل الكهروميكانيكي والمعدني
تُستخدم وحدات التخزين العكسية ذات التدفق المختلط أحادية المرحلة ذات العمود الرأسي بشكل عام في محطات توليد الطاقة بالتخزين بالضخ. فيما يتعلق بالتطوير الهيدروليكي لتوربينات الضخ، تمتلك الصين القدرة على تصميم وتصنيع توربينات الضخ ذات مقطع رأسي 700 متر وسعة 400000 كيلووات لكل وحدة، بالإضافة إلى تصميم وتصنيع وتركيب وتشغيل وإنتاج العديد من وحدات التخزين ذات مقطع رأسي 100-700 متر وسعة 400000 كيلووات أو أقل لكل وحدة. من حيث رأس الماء لمحطة الطاقة، فإن رؤوس المياه المقدرة لمحطات توليد الطاقة بالتخزين بالضخ في جيلين دونهوا وقوانغدونغ يانغجيانغ وتشجيانغ تشانغلونغشان قيد الإنشاء تزيد جميعها عن 650 مترًا، وهي في طليعة العالم؛ يبلغ الرأس المقدر المعتمد لمحطة توليد الطاقة بالتخزين بالضخ في تشجيانغ تيانتاي 724 مترًا، وهو أعلى رأس مقدر لمحطة توليد الطاقة بالتخزين بالضخ في العالم. إن صعوبة التصميم والتصنيع الشاملة للوحدة هي على المستوى الرائد عالميًا. في تطوير محركات المولدات، فإن محركات المولدات الكبيرة لمحطات الطاقة المخزنة بالضخ التي تم بناؤها والتي قيد الإنشاء في الصين هي محركات عمودية، ثلاثية الطور، مبردة بالهواء بالكامل، ومتزامنة عكسية. يوجد وحدتان في محطة تشجيانغ تشانغلونغشان لتخزين الطاقة بالضخ بسرعة مقدرة 600 دورة في الدقيقة وسعة مقدرة 350,000 كيلوواط. تم تشغيل بعض وحدات محطة قوانغدونغ يانغجيانغ لتخزين الطاقة بالضخ بسرعة مقدرة 500 دورة في الدقيقة وسعة مقدرة 400,000 كيلوواط. وصلت الطاقة الإنتاجية الإجمالية لمحركات المولدات إلى المستوى المتقدم عالميًا. بالإضافة إلى ذلك، تشمل الهياكل الكهروميكانيكية والمعدنية أيضًا الآلات الهيدروليكية والهندسة الكهربائية والتحكم والحماية والهياكل المعدنية وجوانب أخرى، والتي لن نكررها هنا.
تتطور صناعة المعدات لمحطات الطاقة المخزنة بالضخ في الصين بسرعة في اتجاه ارتفاع ضغط المياه، والقدرة الكبيرة، والموثوقية العالية، والنطاق الواسع، والسرعة المتغيرة، والتوطين.
5. المؤشرات الاقتصادية
بعد تحديد مخطط تصميم المشروع، ستنعكس ظروف البناء والتأثير الخارجي لمشروع تخزين الطاقة بالضخ بشكل رئيسي في مؤشر، وهو الاستثمار الثابت لكل كيلوواط من المشروع. كلما انخفض الاستثمار الثابت لكل كيلوواط، كانت جدوى المشروع أكبر.
تتضح الفروق الفردية في ظروف بناء محطات توليد الطاقة بالتخزين بالضخ. ويرتبط الاستثمار الثابت للكيلوواط ارتباطًا وثيقًا بظروف البناء والقدرة الإنتاجية للمشروع. في عام 2021، وافقت الصين على 11 محطة لتوليد الطاقة بالتخزين بالضخ، بمتوسط استثمار ثابت قدره 5367 يوانًا للكيلوواط؛ وقد استكمل 14 مشروعًا دراسة الجدوى الأولية، ويبلغ متوسط الاستثمار الثابت للكيلوواط 5425 يوانًا للكيلوواط.
وفقًا للإحصاءات الأولية، يتراوح الاستثمار الثابت لكل كيلوواط في مشاريع تخزين الطاقة الكبيرة قيد الإنشاء في عام 2022 بين 5000 و7000 يوان/كيلوواط. ونظرًا لاختلاف الظروف الجيولوجية الإقليمية، يتفاوت متوسط مستوى الاستثمار الثابت لكل كيلوواط من طاقة تخزين الطاقة المُضخّة اختلافًا كبيرًا بين المناطق. وبشكل عام، تُعتبر ظروف بناء محطات الطاقة في جنوب وشرق ووسط الصين جيدة نسبيًا، كما أن الاستثمار الثابت لكل كيلوواط منخفض نسبيًا. ونظرًا لضعف الظروف الجيولوجية الهندسية وسوء حالة مصادر المياه، فإن مستوى تكلفة الوحدة في المنطقة الشمالية الغربية مرتفع نسبيًا مقارنةً بالمناطق الأخرى في الصين.
عند اتخاذ قرارات الاستثمار، يجب التركيز على الاستثمار الثابت لكل كيلوواط من المشروع، ولكن لا يمكن الاكتفاء بالحديث عن الاستثمار الثابت لكل كيلوواط، وإلا فقد يدفع ذلك الشركات إلى توسيع نطاقها بشكل عشوائي. ويتجلى ذلك بشكل رئيسي في الجوانب التالية:
أولاً، زيادة القدرة المركبة المقترحة مبدئياً في مرحلة التخطيط. ينبغي النظر إلى هذا الوضع من منظور جدلي. لنأخذ مشروعاً بقدرة مركبة مخططة تبلغ 1.2 مليون كيلوواط في بداية مرحلة التخطيط كمثال، وتتكون وحداته من أربع وحدات بقدرة 300,000 كيلوواط. إذا كان نطاق ارتفاع المياه مناسباً، ومع تقدم التكنولوجيا، وتوافرت شروط اختيار وحدة واحدة بقدرة 350,000 كيلوواط، فبعد مقارنة فنية واقتصادية شاملة، يمكن التوصية بـ 1.4 مليون كيلوواط كمخطط تمثيلي في مرحلة ما قبل دراسة الجدوى. ومع ذلك، إذا اعتُبر أن الوحدات الأربع المخطط لها أصلاً، بقدرة 300,000 كيلوواط، ستزيد من وحدتين إلى ست وحدات بقدرة 300,000 كيلوواط، أي أن السعة المركبة لمحطة الطاقة ستزداد من 1.2 مليون كيلوواط إلى 1.8 مليون كيلوواط، فمن المعتقد عمومًا أن هذا التغيير قد غيّر التوجه الوظيفي للمشروع، ويتطلب دراسة شاملة للامتثال للتخطيط، واحتياجات نظام الطاقة، وظروف بناء المشروع، وعوامل أخرى. وبشكل عام، ينبغي أن تندرج زيادة عدد الوحدات ضمن نطاق تعديلات التخطيط.
الثاني هو تقليل ساعات الاستخدام الكاملة. إذا قورنت طاقة التخزين المضخوخة ببنك الشحن، فيمكن استخدام السعة المركبة كطاقة خرج، وساعات الاستخدام الكاملة هي المدة التي يمكن استخدام بنك الطاقة فيها. بالنسبة لمحطات الطاقة المضخوخة، عندما تكون الطاقة المخزنة هي نفسها، يمكن مقارنة ساعات الاستخدام الكاملة والسعة المركبة بشكل شامل. في الوقت الحالي، ووفقًا لاحتياجات نظام الطاقة، تُعتبر ساعات الاستخدام الكاملة اليومية المنظمة لتخزين الضخ 6 ساعات. إذا كانت ظروف بناء محطة الطاقة جيدة، فمن المناسب زيادة ساعات الاستخدام الكاملة للوحدة بشكل مناسب بتكلفة منخفضة. مع نفس الاستثمار الثابت لكل كيلوواط، يمكن لمحطة الطاقة ذات ساعات الاستخدام الكاملة الأعلى أن تلعب دورًا أكبر في النظام. ومع ذلك، كانت هناك فكرة مفادها أن السعة المركبة ستزداد بشكل كبير (1.2 مليون كيلوواط → 1.8 مليون كيلوواط) وسيتم تقليل ساعات استخدام السعة الكاملة (6 ساعات → 4 ساعات). وبهذه الطريقة، على الرغم من أنه يمكن تقليل الاستثمار الثابت لكل كيلوواط إلى حد كبير، فإن وقت الاستخدام القصير للنظام لا يمكنه تلبية طلب النظام، كما سيتم تقليل دوره في شبكة الطاقة بشكل كبير.
وقت النشر: ٨ مارس ٢٠٢٣
