Pumpspeicherkraftwerke sind die am weitesten verbreitete und ausgereifteste Technologie für die großtechnische Energiespeicherung. Die installierte Leistung von Kraftwerken kann Gigawatt erreichen. Der derzeit ausgereifteste und größte installierte Energiespeicher der Welt ist das Pumpspeicherkraftwerk.
Die Pumpspeichertechnologie ist ausgereift und stabil, bietet umfassende Vorteile und wird häufig zur Spitzenlastregulierung und als Backup eingesetzt. Pumpspeicher sind die am weitesten verbreitete und ausgereifteste Technologie für die großtechnische Energiespeicherung. Die installierte Leistung von Kraftwerken kann Gigawatt erreichen.
Laut unvollständigen Statistiken des Fachausschusses für Energiespeicherung der China Energy Research Association ist Pumpspeicherkraft derzeit der ausgereifteste und größte installierte Energiespeicher der Welt. Im Jahr 2019 erreichte die weltweite operative Energiespeicherkapazität 180 Millionen Kilowatt, und die installierte Kapazität der Pumpspeicherenergie überstieg 170 Millionen Kilowatt, was 94 % der gesamten weltweiten Energiespeicherung entspricht.
Pumpspeicherkraftwerke nutzen den in Schwachlastzeiten des Stromnetzes erzeugten Strom, um Wasser zur Speicherung in höhere Lagen zu pumpen und in Spitzenlastzeiten Wasser zur Stromerzeugung freizusetzen. Bei Schwachlast ist das Pumpspeicherkraftwerk der Verbraucher, bei Spitzenlast das Kraftwerk.
Das Pumpspeicherkraftwerk hat zwei grundlegende Funktionen: Wasser pumpen und Strom erzeugen. Bei höchster Netzbelastung arbeitet das Kraftwerk als Wasserturbine. Die Öffnung der Leitschaufeln der Wasserturbine wird über das Reglersystem geregelt. Die potentielle Energie des Wassers wird in mechanische Energie der Rotation des Kraftwerks umgewandelt, die anschließend über den Generator in elektrische Energie umgewandelt wird.
Bei geringer Netzlast pumpt die Wasserpumpe Wasser vom unteren in den oberen Speicherbehälter. Durch die automatische Regelung des Reglersystems wird die Leitschaufelöffnung automatisch an die Förderleistung der Pumpe angepasst und die elektrische Energie in Wasserenergie umgewandelt und gespeichert.
Pumpspeicherkraftwerke sind hauptsächlich für die Spitzenlastregelung, Frequenzregelung, Notstromversorgung und den Schwarzstart des Stromnetzes verantwortlich, wodurch sie die Last des Stromnetzes verbessern und ausgleichen, die Stromversorgungsqualität und den wirtschaftlichen Nutzen des Stromnetzes steigern und das Rückgrat für den sicheren, wirtschaftlichen und stabilen Betrieb des Stromnetzes bilden. Pumpspeicherkraftwerke werden als „Stabilisatoren“, „Regler“ und „Ausgleicher“ für den sicheren Betrieb von Stromnetzen bezeichnet.
Der Entwicklungstrend bei Pumpspeicherkraftwerken weltweit geht in Richtung hohe Fallhöhe, große Kapazität und hohe Drehzahl. Hohe Fallhöhe bedeutet, dass die Anlage eine höhere Fallhöhe erreicht, große Kapazität bedeutet, dass die Kapazität einer einzelnen Anlage kontinuierlich zunimmt, und hohe Drehzahl bedeutet, dass die Anlage eine höhere spezifische Drehzahl erreicht.
Kraftwerksaufbau und -eigenschaften
Zu den Hauptgebäuden eines Pumpspeicherkraftwerks gehören im Allgemeinen: Oberbecken, Unterbecken, Wasserversorgungssystem, Werkstatt und andere Spezialgebäude. Im Vergleich zu herkömmlichen Wasserkraftwerken weisen die hydraulischen Strukturen von Pumpspeicherkraftwerken folgende Hauptmerkmale auf:
Es gibt Ober- und Unterbecken. Im Vergleich zu konventionellen Wasserkraftwerken gleicher installierter Leistung ist das Speichervolumen von Pumpspeicherkraftwerken meist relativ gering.
Der Wasserstand des Stausees schwankt stark und steigt und fällt häufig. Um die Aufgabe der Spitzenausgleichung und Talauffüllung im Stromnetz zu erfüllen, schwankt der Wasserstand des Stausees in Pumpspeicherkraftwerken in der Regel relativ stark und beträgt in der Regel mehr als 10–20 Meter, manche Kraftwerke erreichen sogar 30–40 Meter. Die Änderungsrate des Wasserstandes ist relativ schnell und erreicht in der Regel 5–8 m3/h, manchmal sogar 8–10 m3/h.
Die Anforderungen an den Schutz vor Stauseenversickerung sind hoch. Verursacht ein reines Pumpspeicherkraftwerk durch die Versickerung des oberen Reservoirs einen hohen Wasserverlust, reduziert sich die Stromerzeugung des Kraftwerks. Gleichzeitig werden höhere Anforderungen an den Schutz vor Stauseenversickerung gestellt, um zu verhindern, dass durch Wasserversickerung die hydrogeologischen Bedingungen im Projektgebiet verschlechtert werden und es zu Sickerschäden und konzentriertem Sickerwasser kommt.
Die Wassersäule ist hoch. Pumpspeicherkraftwerke haben in der Regel eine Fallhöhe von 200 bis 800 Metern. Das Pumpspeicherkraftwerk Jixi mit einer installierten Gesamtleistung von 1,8 Millionen Kilowatt ist das erste Projekt Chinas mit einer Fallhöhe von 650 Metern, das Pumpspeicherkraftwerk Dunhua mit einer installierten Gesamtleistung von 1,4 Millionen Kilowatt das erste Projekt Chinas mit einer Fallhöhe von 700 Metern. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Pumpspeichertechnologie wird die Anzahl der Großkraftwerke in China zunehmen.
Die Anlage ist in geringer Höhe installiert. Um den Einfluss von Auftrieb und Sickerwasser auf das Kraftwerk zu überwinden, werden die in den letzten Jahren im In- und Ausland gebauten großen Pumpspeicherkraftwerke meist als unterirdische Kraftwerke ausgeführt.
Das älteste Pumpspeicherkraftwerk der Welt ist das 1882 erbaute Netra-Pumpspeicherkraftwerk im schweizerischen Zürich. In China begann der Bau von Pumpspeicherkraftwerken relativ spät. Die erste Schrägstrom-Umkehranlage wurde 1968 im Gangnan-Stausee installiert. Später, mit der rasanten Entwicklung der chinesischen Energiewirtschaft, stieg die installierte Kapazität von Kernkraft und Wärmekraftwerken rapide an, sodass das Stromnetz mit entsprechenden Pumpspeicheranlagen ausgestattet werden musste.
Seit den 1980er Jahren baut China intensiv große Pumpspeicherkraftwerke. In den letzten Jahren hat China mit der rasanten Entwicklung seiner Wirtschaft und Energiewirtschaft bedeutende wissenschaftliche und technologische Erfolge bei der Anlagenautonomie großer Pumpspeicherkraftwerke erzielt.
Ende 2020 betrug die installierte Pumpspeicherkapazität Chinas 31,49 Millionen Kilowatt, ein Anstieg von 4,0 % gegenüber dem Vorjahr. Die nationale Pumpspeicherkapazität betrug 33,5 Milliarden Kilowattstunden, ein Anstieg von 5,0 % gegenüber dem Vorjahr. Die neu hinzugekommene Pumpspeicherkapazität Chinas betrug 1,2 Millionen Kilowattstunden. Die in Produktion und im Bau befindlichen Pumpspeicherkraftwerke Chinas stehen weltweit an erster Stelle.
Die State Grid Corporation of China hat der Entwicklung von Pumpspeicherkraftwerken stets große Bedeutung beigemessen. Derzeit betreibt State Grid 22 Pumpspeicherkraftwerke und 30 weitere befinden sich im Bau.
Im Jahr 2016 begann der Bau von fünf Pumpspeicherkraftwerken in Zhen'an, Shaanxi, Jurong, Jiangsu, Qingyuan, Liaoning, Xiamen, Fujian und Fukang, Xinjiang;
Im Jahr 2017 wurde mit dem Bau von sechs Pumpspeicherkraftwerken im Kreis Yi in Hebei, Zhirui in der Inneren Mongolei, Ninghai in Zhejiang, Jinyun in Zhejiang, Luoning in Henan und Pingjiang in Hunan begonnen;
Im Jahr 2019 wurde mit dem Bau von fünf Pumpspeicherkraftwerken in Funing in Hebei, Jiaohe in Jilin, Qujiang in Zhejiang, Weifang in Shandong und Hami in Xinjiang begonnen;
Im Jahr 2020 werden vier Pumpspeicherkraftwerke in Shanxi Yuanqu, Shanxi Hunyuan, Zhejiang Pan'an und Shandong Tai'an Phase II mit dem Bau beginnen.
Das erste Pumpspeicherkraftwerk meines Landes mit vollständig autonomer Anlagenausrüstung. Im Oktober 2011 wurde das Kraftwerk erfolgreich fertiggestellt, was zeigt, dass mein Land die Kerntechnologie der Entwicklung von Pumpspeicheranlagen erfolgreich beherrscht.
Im April 2013 wurde das Pumpspeicherkraftwerk Fujian Xianyou offiziell zur Stromerzeugung in Betrieb genommen; im April 2016 ging das Pumpspeicherkraftwerk Zhejiang Xianju mit einer Leistung von 375.000 Kilowatt erfolgreich ans Netz. Die autonome Ausrüstung großer Pumpspeicherkraftwerke hat sich in China etabliert und wird kontinuierlich eingesetzt.
Das erste Pumpspeicherkraftwerk Chinas mit einer Förderhöhe von 700 Metern. Die installierte Gesamtleistung beträgt 1,4 Millionen Kilowatt. Am 4. Juni 2021 wurde Block 1 zur Stromerzeugung in Betrieb genommen.
Das Pumpspeicherkraftwerk mit der weltweit größten installierten Leistung befindet sich derzeit im Bau. Die installierte Gesamtleistung beträgt 3,6 Millionen Kilowatt.
Pumpspeicherkraftwerke zeichnen sich durch ihre einfache, umfassende und öffentliche Nutzung aus. Sie können an der Regelung neuer Stromquellen, Netze, Lasten und Speicherverbindungen beteiligt sein und bieten umfassende Vorteile. Sie gewährleisten einen sicheren Stromversorgungsstabilisator, einen sauberen, kohlenstoffarmen Ausgleich und sind wichtige Funktionen eines hocheffizienten Betriebsreglers.
Erstens gilt es, dem Mangel an zuverlässiger Reservekapazität im Stromnetz bei der Durchdringung eines hohen Anteils neuer Energien effektiv zu begegnen. Durch die doppelte Kapazitätsspitzenregulierung können wir die Spitzenregulierungskapazität des Stromnetzes verbessern und das durch die Instabilität neuer Energien und die durch das Tief verursachte Spitzenlastversorgungsproblem lindern. Die durch die großflächige Entwicklung neuer Energien in diesem Zeitraum verursachten Verbrauchsschwierigkeiten können den Verbrauch neuer Energien besser fördern.
Die zweite besteht darin, die Diskrepanz zwischen den Leistungsmerkmalen neuer Energie und der Lastnachfrage wirksam zu bewältigen, indem man sich auf die flexible Anpassungsfähigkeit einer schnellen Reaktion verlässt, um sich besser an die Zufälligkeit und Volatilität neuer Energie anzupassen und den flexiblen Anpassungsbedarf zu decken, den neue Energie „je nach Wetterlage“ mit sich bringt.
Drittens geht es darum, das unzureichende Trägheitsmoment des hochproportionalen Stromsystems mit neuer Energie effektiv zu bewältigen. Durch das hohe Trägheitsmoment des Synchrongenerators kann die Störfestigkeit des Systems effektiv verbessert und die Frequenzstabilität des Systems aufrechterhalten werden.
Viertens geht es darum, die potenziellen Sicherheitsauswirkungen der „Doppelhoch“-Form auf das neue Stromnetz effektiv zu bewältigen, die Notstromfunktion zu übernehmen und jederzeit mit schnellen Start-Stopp- und Leistungsrampenfunktionen auf plötzliche Anpassungsanforderungen zu reagieren. Gleichzeitig kann es als unterbrechbare Last die Nennlast der Pumpeneinheit mit einer Reaktionszeit von Millisekunden sicher entfernen und so den sicheren und stabilen Betrieb des Systems verbessern.
Fünftens geht es darum, die hohen Anpassungskosten, die durch den Anschluss neuer Energienetze im großen Maßstab entstehen, effektiv zu bewältigen. Durch vernünftige Betriebsmethoden, kombiniert mit thermischer Energie, sollen der Kohlenstoffausstoß reduziert und die Effizienz gesteigert, der Verzicht auf Wind- und Lichtenergie reduziert, die Kapazitätszuweisung gefördert und die Gesamtwirtschaftlichkeit sowie der saubere Betrieb des gesamten Systems verbessert werden.
Verstärken Sie die Optimierung und Integration der Infrastrukturressourcen, koordinieren Sie das Sicherheits-, Qualitäts- und Fortschrittsmanagement von 30 im Bau befindlichen Projekten, fördern Sie energisch mechanisiertes Bauen, intelligente Steuerung und standardisiertes Bauen, optimieren Sie die Bauzeit und stellen Sie sicher, dass die Pumpspeicherkapazität während des Zeitraums des „14. Fünfjahresplans“ 20 Millionen Kilowatt übersteigt und die in Betrieb befindliche installierte Kapazität bis 2030 70 Millionen Kilowatt übersteigt.
Zweitens muss konsequent am Lean Management gearbeitet werden. Die Planungsrichtlinien müssen gestärkt werden, wobei das Dual-Carbon-Ziel und die Umsetzung der Unternehmensstrategie im Mittelpunkt stehen. Der 14. Fünfjahresplan für die Entwicklung von Pumpspeicherkraftwerken muss qualitativ hochwertig ausgearbeitet werden. Die vorbereitenden Arbeitsabläufe des Projekts müssen wissenschaftlich optimiert werden, und die Machbarkeitsstudie und Genehmigung des Projekts müssen ordnungsgemäß vorangetrieben werden. Mit Fokus auf Sicherheit, Qualität, Bauzeit und Kosten werden intelligentes Management und Kontrolle, mechanisiertes Bauen und umweltfreundliches Bauen im Ingenieurbau konsequent vorangetrieben, um sicherzustellen, dass die im Bau befindlichen Projekte schnellstmöglich Vorteile bringen.
Vertiefen Sie das Lebenszyklusmanagement der Ausrüstung, vertiefen Sie die Forschung zum Stromnetzservice der Einheiten, optimieren Sie die Betriebsstrategie der Einheiten und sorgen Sie umfassend für den sicheren und stabilen Betrieb des Stromnetzes. Vertiefen Sie das mehrdimensionale Lean Management, beschleunigen Sie den Aufbau einer modernen intelligenten Lieferkette, verbessern Sie das Materialmanagementsystem, verteilen Sie Kapital, Ressourcen, Technologie, Daten und andere Produktionsfaktoren wissenschaftlich, verbessern Sie Qualität und Effizienz energisch und verbessern Sie die Management- und Betriebseffizienz umfassend.
Drittens geht es darum, Durchbrüche bei technologischen Innovationen anzustreben. Der „Aktionsplan für einen neuen Sprung nach vorn“ für wissenschaftliche und technologische Innovationen muss konsequent umgesetzt werden, die Investitionen in die wissenschaftliche Forschung müssen erhöht und die Fähigkeit zu unabhängiger Innovation gestärkt werden. Der Einsatz von Drehzahlregelungstechnologie muss verstärkt werden, die technologische Forschung und Entwicklung von 400-Megawatt-Großkraftwerken muss intensiviert werden, der Bau von Pumpturbinen-Modelllaboren und Simulationslaboren muss beschleunigt werden, und der Aufbau einer unabhängigen wissenschaftlich-technologischen Innovationsplattform muss intensiviert werden.
Optimieren Sie die wissenschaftliche Forschungsstruktur und Ressourcenverteilung, intensivieren Sie die Forschung zur Kerntechnologie der Pumpspeicherung und versuchen Sie, das technische Problem des „festgefahrenen Halses“ zu überwinden. Vertiefen Sie die Forschung zur Anwendung neuer Technologien wie der „Big Cloud IoT Smart Chain“, setzen Sie den Bau digitaler intelligenter Kraftwerke umfassend um und beschleunigen Sie die digitale Transformation von Unternehmen.
Beitragszeit: 07.03.2022
