Per tal d'ajudar a assolir l'objectiu d'"assolir el pic de carboni i la neutralització del carboni" i construir un nou sistema elèctric, la China Southern Power Grid Corporation va proposar clarament construir bàsicament un nou sistema elèctric a la regió sud per al 2030 i construir completament un nou sistema elèctric per al 2060. En aquest procés, desenvoluparem vigorosament l'emmagatzematge per bombament. Es preveu augmentar la capacitat instal·lada de 6 milions de quilowatts, 15 milions de quilowatts i 15 milions de quilowatts respectivament durant els períodes del "Catorzè, Quinzè i Setzè Pla Quinquennal". Ens esforçarem per assolir uns 44 milions de quilowatts de capacitat d'emmagatzematge per bombament a la regió sud per al 2035, convertint-la en un nou tipus d'equilibrador de pertorbacions del sistema elèctric, equilibrador de càrrega i estabilitzador de la xarxa elèctrica.
Font: Compte oficial de WeChat “China Energy Media Intelligent Manufacturing”
Autor: Peng Yumin, Institut de Recerca d'Emmagatzematge d'Energia de la Xina Southern Power Grid Peak shaving and Frequency Modulation Power Generation Co., Ltd
Característiques principals del nou sistema elèctric
El nou sistema energètic està dominat per l'energia neta, i la proporció de nova energia en el consum d'energia continuarà augmentant, formant gradualment una forma d'utilització d'energia amb noves energies, energia hidroelèctrica i energia nuclear com a principal forma de generació d'energia. La proporció de consum d'energia fòssil es reduirà gradualment per assolir l'objectiu de neutralitat de carboni, i la capacitat instal·lada restant d'energia fòssil s'utilitzarà com a font d'alimentació de reserva del nou sistema energètic. En el nou sistema energètic, la nova energia es connectarà a la xarxa elèctrica de manera centralitzada i distribuïda. Pel que fa a l'accés centralitzat, la regió sud s'esforça per aconseguir una energia eòlica terrestre de més de 24 milions de quilowatts, una energia eòlica marina de més de 20 milions de quilowatts i un accés fotovoltaic de més de 56 milions de quilowatts per al 2025. Pel que fa a l'accés distribuït, es construiran fonts d'energia distribuïdes amb petita capacitat, baix nivell de tensió de la xarxa d'accés i que es puguin consumir a prop a diverses regions segons les condicions locals.
En el nou sistema elèctric amb nova energia com a cos principal, la producció real dels nous equips de generació d'energia es veu molt afectada per l'entorn meteorològic, que té característiques òbvies d'aleatorietat, volatilitat i intermitència. L'àmplia aplicació de la substitució d'energia elèctrica, els equips d'emmagatzematge d'energia domèstica i la llar intel·ligent fa que la càrrega del costat de l'usuari es desenvolupi en una direcció diversificada i interactiva, i el terminal d'usuari entra en un nou mode que és tant consumidor com productor. El nou sistema elèctric amb nova energia com a cos principal presenta les característiques de "doble alta" d'alta proporció de nova energia i alta proporció d'equips electrònics de potència. Per fer front a les fluctuacions a gran escala de nova energia i diverses situacions extremes, cal fer coincidir la capacitat instal·lada de l'emmagatzematge de bombament amb l'escala corresponent segons la capacitat instal·lada i l'escala de producció de nova energia. Quan la producció de nova energia és anormal, l'emmagatzematge de bombament ha de mantenir l'estat del nou sistema elèctric de la xarxa tant com sigui possible i evitar la transformació del nou sistema elèctric al sistema elèctric tradicional. Per tant, el desenvolupament i la construcció de centrals elèctriques d'emmagatzematge de bombament seran més ràpids i a més gran escala.
Problemes i contramesures del desenvolupament ràpid i a gran escala de l'emmagatzematge per bombament
El desenvolupament i la construcció ràpids i a gran escala han comportat problemes de seguretat, qualitat i escassetat de personal. Per tal de satisfer les necessitats de construcció del nou sistema elèctric, cada any s'han aprovat diverses centrals elèctriques de bombament. El període de construcció requerit també s'ha escurçat considerablement de 8-10 anys a 4-6 anys. El ràpid desenvolupament i construcció del projecte inevitablement comportarà problemes de seguretat, qualitat i escassetat de personal.
Per tal de resoldre una sèrie de problemes derivats del ràpid desenvolupament i construcció de projectes, les unitats de construcció i gestió de projectes han de dur a terme primer investigació tècnica i pràctica sobre la mecanització i la intel·ligència de l'enginyeria civil de les centrals elèctriques de bombament d'emmagatzematge. S'introdueix la tecnologia TBM (Tunnel Boring Machine) per a l'excavació d'un gran nombre de cavernes subterrànies, i es desenvolupa l'equip TBM en combinació amb les característiques de la central elèctrica de bombament d'emmagatzematge, i es formula un esquema tècnic de construcció. Tenint en compte diversos escenaris d'operació com ara l'excavació, el transport, el suport i l'arc invertit durant la construcció civil, s'ha desenvolupat un esquema d'aplicació de suport per a tot el procés de construcció mecanitzada i intel·ligent, i s'ha dut a terme investigació sobre temes com el funcionament intel·ligent d'equips de procés únic, l'automatització de tot el sistema de construcció de processos, la digitalització de la informació de construcció d'equips, la construcció no tripulada d'equips mecànics de control remot, l'anàlisi intel·ligent de la percepció de la qualitat de la construcció, etc. Desenvolupar diversos equips i sistemes de construcció mecanitzats i intel·ligents.
Pel que fa a la mecanització i la intel·ligència de l'enginyeria mecànica i elèctrica, podem analitzar la demanda d'aplicació i la possibilitat de mecanització i intel·ligència des dels aspectes de la reducció d'operadors, la millora de l'eficiència del treball, la reducció dels riscos laborals, etc., i desenvolupar diversos equips i sistemes de construcció de mecanització i intel·ligència d'enginyeria mecànica i elèctrica per a diversos escenaris d'operació de la instal·lació d'equips mecànics i elèctrics.
A més, la tecnologia de disseny i simulació d'enginyeria 3D també es pot utilitzar per prefabricar i simular algunes instal·lacions i equips per endavant, cosa que no només pot completar part del treball per endavant, escurçar el període de construcció in situ, sinó que també pot dur a terme l'acceptació funcional i el control de qualitat per endavant, millorant eficaçment el nivell de gestió de la qualitat i la seguretat.
El funcionament a gran escala de la central elèctrica comporta el problema d'un funcionament fiable, una demanda intel·ligent i intensiva. El funcionament a gran escala de les centrals elèctriques d'emmagatzematge per bombament comportarà problemes com ara elevats costos d'operació i manteniment, escassetat de personal, etc. Per reduir el cost d'operació i manteniment, la clau és millorar la fiabilitat del funcionament de les unitats d'emmagatzematge per bombament; Per resoldre el problema de l'escassetat de personal, cal dur a terme una gestió intel·ligent i intensiva del funcionament de la central elèctrica.
Per millorar la fiabilitat de funcionament de la unitat, pel que fa a la selecció i el disseny del tipus d'equip, els tècnics han de resumir en profunditat l'experiència pràctica en el disseny i el funcionament de centrals elèctriques d'emmagatzematge per bombament, dur a terme investigacions sobre el disseny d'optimització, la selecció de tipus i l'estandardització dels subsistemes d'equips rellevants de les centrals elèctriques d'emmagatzematge per bombament, i actualitzar-los iterativament segons l'experiència en la posada en marxa de l'equip, la gestió de fallades i el manteniment. Pel que fa a la fabricació d'equips, les unitats d'emmagatzematge per bombament tradicionals encara tenen algunes tecnologies clau de fabricació d'equips en mans de fabricants estrangers. Cal dur a terme investigacions de localització sobre aquests equips "d'estrangulament" i integrar-hi anys d'experiència i estratègies d'operació i manteniment, per tal de millorar eficaçment la qualitat del producte i la fiabilitat de funcionament d'aquests equips bàsics clau. Pel que fa a la supervisió del funcionament dels equips, els tècnics han de formular sistemàticament estàndards de configuració dels elements de supervisió de l'estat dels equips des de la perspectiva de l'observabilitat i la mesurabilitat de l'estat dels equips, dur a terme investigacions en profunditat sobre estratègies de control d'equips, estratègies de supervisió de l'estat i mètodes d'avaluació de la salut basats en requisits de seguretat intrínseca, construir una plataforma intel·ligent d'anàlisi i alerta primerenca per a la supervisió de l'estat dels equips, trobar perills ocults en els equips per endavant i dur a terme alertes primerenques de manera oportuna.
Per tal de dur a terme una gestió intel·ligent i intensiva del funcionament de la central elèctrica, els tècnics han de dur a terme investigacions sobre el control automàtic dels equips o una tecnologia d'operació clau pel que fa al control i el funcionament dels equips, per tal de realitzar una posada en marxa i apagada totalment automàtiques i la regulació de la càrrega de la unitat sense intervenció del personal, i realitzar la seqüenciació d'operacions i la confirmació intel·ligent multidimensional en la mesura del possible; Pel que fa a la inspecció d'equips, els tècnics poden dur a terme investigacions tècniques sobre la percepció de la visió artificial, la percepció auditiva de la màquina, la inspecció de robots i altres aspectes, i dur a terme pràctiques tècniques sobre la substitució de les màquines d'inspecció; Pel que fa al funcionament intensiu de la central elèctrica, cal dur a terme investigacions i pràctiques sobre la tecnologia de monitorització centralitzada d'una persona i múltiples plantes per resoldre eficaçment el problema de l'escassetat de recursos humans de servei provocat pel desenvolupament de les centrals elèctriques d'emmagatzematge per bombament.
La miniaturització de l'emmagatzematge per bombament i el funcionament integrat de la complementació multienergètica provocats pel consum d'un gran nombre de noves fonts d'energia distribuïdes. Una característica destacable del nou sistema elèctric és que hi ha un gran nombre de nova energia a petita escala dispersa en diverses zones de la xarxa, que opera a la xarxa de baixa tensió. Per absorbir i utilitzar aquestes noves fonts d'energia distribuïdes tant com sigui possible i alleujar eficaçment la congestió energètica de la gran xarxa elèctrica, cal construir unitats d'emmagatzematge per bombament distribuïdes a prop de les noves fonts d'energia distribuïdes per aconseguir l'emmagatzematge local, el consum i la utilització de nova energia a través de xarxes elèctriques de baixa tensió. Per tant, cal resoldre els problemes de miniaturització de l'emmagatzematge per bombament i el funcionament integrat de la complementació multienergètica.
Cal que els enginyers i tècnics duguin a terme una investigació enèrgica sobre la selecció del lloc, el disseny i la fabricació, l'estratègia de control i l'aplicació integrada de múltiples tipus de centrals elèctriques d'emmagatzematge per bombament distribuïdes, incloent-hi petites unitats d'emmagatzematge per bombament reversibles, funcionament coaxial independent de bombes i turbines, funcionament conjunt de petites centrals hidroelèctriques i estacions de bombament, etc.; Al mateix temps, es duu a terme investigació i demostració de projectes sobre la tecnologia de funcionament integrat de l'emmagatzematge per bombament i l'energia eòlica, lluminosa i hidroelèctrica per proposar solucions tècniques per a l'exploració de l'eficiència energètica i la interacció econòmica en el nou sistema elèctric.
El problema de l'"estrangulament" tècnic de les unitats d'emmagatzematge de bombament de velocitat variable adaptades a la xarxa elèctrica d'alta elasticitat. Les unitats d'emmagatzematge de bombament de velocitat variable tenen les característiques de resposta ràpida a la regulació de freqüència primària, força d'entrada ajustable en condicions de treball de la bomba i unitat que funciona a la corba òptima, així com resposta sensible i alt moment d'inèrcia. Per tal de frenar eficaçment l'aleatorietat i la volatilitat de la xarxa elèctrica, ajustar i absorbir amb més precisió l'excés de potència generada per la nova energia al costat de la generació i al costat de l'usuari, i controlar millor l'equilibri de càrrega de la xarxa elèctrica altament elàstica i interactiva, cal augmentar la proporció d'unitats de velocitat variable a la xarxa elèctrica. Tanmateix, actualment, la majoria de les tecnologies clau de les unitats de bombament i emmagatzematge d'aigua de velocitat variable encara estan en mans de fabricants estrangers, i cal resoldre el problema de l'"estrangulament" tècnic.
Per tal d'aconseguir el control independent de les tecnologies bàsiques clau, cal concentrar la recerca científica nacional i les forces tècniques per dur a terme a fons el disseny i desenvolupament de motors generadors de velocitat variable i turbines de bomba, el desenvolupament d'estratègies i dispositius de control per a convertidors d'excitació de CA, el desenvolupament d'estratègies i dispositius de control coordinats per a unitats de velocitat variable, la investigació d'estratègies de control del regulador per a unitats de velocitat variable, la investigació del procés de conversió de condicions de treball i estratègies de control integrades per a unitats de velocitat variable, i realitzar el disseny de localització completa, la fabricació i l'aplicació de demostració d'enginyeria d'unitats de velocitat variable grans.
Data de publicació: 09 de desembre de 2022
