Pumpspeicherkraftwerke sind die am weitesten verbreitete und ausgereifteste Technologie zur großtechnischen Energiespeicherung, und die installierte Leistung solcher Kraftwerke kann Gigawatt erreichen. Derzeit sind Pumpspeicherkraftwerke die weltweit am weitesten entwickelten und größten installierten Energiespeicher.
Die Pumpspeichertechnologie ist ausgereift und stabil, bietet hohe Vorteile und wird häufig zur Spitzenlastdeckung und als Notstromversorgung eingesetzt. Pumpspeicherkraftwerke sind die am weitesten verbreitete und ausgereifte Technologie zur großtechnischen Energiespeicherung, und die installierte Leistung kann Gigawatt erreichen.
Laut den unvollständigen Statistiken des Fachkomitees für Energiespeicherung der Chinesischen Energieforschungsvereinigung ist Pumpspeicherkraft derzeit die ausgereifteste und am weitesten verbreitete Energiespeichertechnologie weltweit. Im Jahr 2019 erreichte die weltweit betriebene Energiespeicherkapazität 180 Millionen Kilowatt, wobei die installierte Kapazität von Pumpspeicherkraftwerken 170 Millionen Kilowatt überstieg und damit 94 % der weltweiten Gesamtspeicherkapazität ausmachte.
Pumpspeicherkraftwerke nutzen den in Zeiten geringer Netzlast erzeugten Strom, um Wasser in höher gelegene Speicherbecken zu pumpen und es dann in Zeiten hoher Last zur Stromerzeugung abzugeben. Bei geringer Last ist das Pumpspeicherkraftwerk der Verbraucher, bei hoher Last hingegen das Kraftwerk.
Das Pumpspeicherkraftwerk hat zwei grundlegende Funktionen: das Pumpen von Wasser und die Stromerzeugung. Bei Spitzenlast des Stromnetzes arbeitet das Kraftwerk als Wasserturbine. Die Öffnung der Leitschaufeln der Wasserturbine wird über das Reglersystem gesteuert, und die potenzielle Energie des Wassers wird in die mechanische Energie der Kraftwerksrotation umgewandelt. Diese mechanische Energie wird dann über den Generator in elektrische Energie umgewandelt.
Bei geringer Last im Stromnetz wird die Wasserpumpe eingesetzt, um Wasser vom unteren zum oberen Speicherbecken zu pumpen. Durch die automatische Regelung des Reglersystems wird die Leitschaufelöffnung entsprechend der Förderhöhe der Pumpe automatisch angepasst, und die elektrische Energie wird in potenzielle Wasserenergie umgewandelt und gespeichert.
Pumpspeicherkraftwerke sind hauptsächlich für die Spitzenlastregelung, die Frequenzregelung, die Notstromversorgung und den Schwarzstart des Stromnetzes verantwortlich. Sie verbessern und gleichen die Lastverteilung im Stromnetz aus, erhöhen die Versorgungsqualität und steigern die Wirtschaftlichkeit. Sie bilden das Rückgrat für einen sicheren, wirtschaftlichen und stabilen Netzbetrieb. Pumpspeicherkraftwerke werden daher als „Stabilisatoren“, „Regler“ und „Ausgleichskräfte“ für den sicheren Netzbetrieb bezeichnet.
Der Entwicklungstrend bei Pumpspeicherkraftwerken weltweit geht hin zu hoher Fallhöhe, großer Kapazität und hoher Drehzahl. Hohe Fallhöhe bedeutet, dass die Anlage eine höhere Fallhöhe erreicht, große Kapazität bedeutet, dass die Kapazität einer einzelnen Einheit kontinuierlich steigt, und hohe Drehzahl bedeutet, dass die Anlage eine höhere spezifische Drehzahl aufweist.
Kraftwerksstruktur und -eigenschaften
Die Hauptgebäude eines Pumpspeicherkraftwerks umfassen im Allgemeinen: Oberbecken, Unterbecken, Wasserverteilungssystem, Werkstatt und weitere Spezialgebäude. Im Vergleich zu konventionellen Wasserkraftwerken weisen die hydraulischen Anlagen von Pumpspeicherkraftwerken folgende Hauptmerkmale auf:
Es gibt ein oberes und ein unteres Speicherbecken. Im Vergleich zu konventionellen Wasserkraftwerken mit gleicher installierter Leistung ist das Speichervolumen von Pumpspeicherkraftwerken in der Regel relativ gering.
Der Wasserstand im Stausee schwankt stark und steigt und fällt häufig. Um Lastspitzen abzudecken und Lasttäler im Stromnetz auszugleichen, ist die tägliche Schwankung des Wasserstands im Pumpspeicherkraftwerk üblicherweise relativ groß und beträgt in der Regel mehr als 10–20 Meter, bei einigen Kraftwerken sogar 30–40 Meter. Die Änderungsrate des Wasserstands ist relativ hoch und erreicht im Allgemeinen 5–8 m/h, in manchen Fällen sogar 8–10 m/h.
Die Anforderungen an die Verhinderung von Sickerwasser im Stausee sind hoch. Verursacht ein reines Pumpspeicherkraftwerk durch Sickerwasser im oberen Speicherbecken einen hohen Wasserverlust, sinkt die Stromerzeugung des Kraftwerks. Gleichzeitig werden erhöhte Anforderungen an die Verhinderung von Sickerwasser gestellt, um eine Verschlechterung der hydrogeologischen Bedingungen im Projektgebiet und damit verbundene Schäden und konzentriertes Sickerwasser zu vermeiden.
Die Fallhöhe ist hoch. Die Fallhöhe von Pumpspeicherkraftwerken ist im Allgemeinen hoch und liegt meist zwischen 200 und 800 Metern. Das Pumpspeicherkraftwerk Jixi mit einer installierten Gesamtleistung von 1,8 Millionen Kilowatt war das erste Projekt in China mit einer Fallhöhe von 650 Metern, und das Pumpspeicherkraftwerk Dunhua mit einer installierten Gesamtleistung von 1,4 Millionen Kilowatt war das erste Projekt in China mit einer Fallhöhe von 700 Metern. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Pumpspeichertechnologie wird die Anzahl der Kraftwerke mit hoher Fallhöhe und großer Kapazität in China steigen.
Die Anlage ist in geringer Höhe installiert. Um den Einfluss von Auftrieb und Sickerwasser auf das Kraftwerk zu minimieren, werden die in den letzten Jahren im In- und Ausland errichteten großen Pumpspeicherkraftwerke zumeist als unterirdische Kraftwerke ausgeführt.
Das weltweit älteste Pumpspeicherkraftwerk ist das Netra-Pumpspeicherkraftwerk in Zürich, Schweiz, erbaut 1882. Der Bau von Pumpspeicherkraftwerken in China begann vergleichsweise spät. Die erste schrägfließende reversible Einheit wurde 1968 im Gangnan-Stausee installiert. Mit der rasanten Entwicklung der heimischen Energiewirtschaft stieg die installierte Leistung von Kernkraftwerken und thermischen Kraftwerken später rapide an, wodurch der Bedarf an entsprechenden Pumpspeicherkraftwerken im Stromnetz entstand.
Seit den 1980er Jahren hat China den Bau von Großpumpspeicherkraftwerken massiv vorangetrieben. In den letzten Jahren hat China mit der rasanten Entwicklung seiner Wirtschaft und Energiewirtschaft bedeutende wissenschaftliche und technologische Fortschritte im Bereich der Anlagenautonomie von Großpumpspeicherkraftwerken erzielt.
Ende 2020 betrug die installierte Leistung von Pumpspeicherkraftwerken in meinem Land 31,49 Millionen Kilowatt, ein Anstieg von 4,0 % gegenüber dem Vorjahr. Die nationale Pumpspeicherkapazität lag 2020 bei 33,5 Milliarden kWh, ein Plus von 5,0 % gegenüber dem Vorjahr; die neu hinzugekommene Pumpspeicherkapazität betrug 1,2 Millionen kWh. Mein Land belegt mit seinen Pumpspeicherkraftwerken, sowohl in Betrieb als auch im Bau, weltweit den ersten Platz.
Die State Grid Corporation of China misst der Entwicklung von Pumpspeicherkraftwerken seit jeher große Bedeutung bei. Derzeit betreibt State Grid 22 Pumpspeicherkraftwerke und baut 30 weitere.
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 Anlagentechnik. Im Oktober 2011 wurde das Kraftwerk erfolgreich fertiggestellt, was beweist, dass mein Land die Kerntechnologie für die Entwicklung von Pumpspeicherkraftwerksanlagen erfolgreich beherrscht.
Im April 2013 nahm das Pumpspeicherkraftwerk Xianyou in Fujian offiziell den Betrieb zur Stromerzeugung auf; im April 2016 wurde das Pumpspeicherkraftwerk Xianju in Zhejiang mit einer Leistung von 375.000 Kilowatt erfolgreich ans Netz angeschlossen. Die autonome Technologie von Großpumpspeicherkraftwerken hat sich in China kontinuierlich verbreitet und wird immer häufiger eingesetzt.
Das erste Pumpspeicherkraftwerk meines Landes mit einer Fallhöhe von 700 Metern. Die installierte Gesamtleistung beträgt 1,4 Millionen Kilowatt. Am 4. Juni 2021 nahm Block 1 den Betrieb zur Stromerzeugung auf.
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 grundlegende, umfassende und öffentliche Bedeutung aus. Sie können zur Regelung der neuen Stromnetze beitragen, indem sie die Verbindungen zwischen Stromquelle, Netz, Last und Speicher stärken und so einen bedeutenden Mehrwert bieten. Sie übernehmen wichtige Funktionen als Betriebsregler für eine sichere Stromversorgung, einen sauberen, CO₂-armen Ausgleich und einen hohen Wirkungsgrad.
Die erste Maßnahme besteht darin, den Mangel an zuverlässiger Reservekapazität im Stromnetz angesichts des hohen Anteils erneuerbarer Energien wirksam zu beheben. Durch die Nutzung der doppelten Spitzenlastregelung lässt sich die Spitzenlastregelungskapazität des Stromnetzes verbessern und die durch die Instabilität erneuerbarer Energien sowie durch Lasttiefs verursachten Versorgungsengpässe verringern. Die durch den großflächigen Ausbau erneuerbarer Energien in diesem Zeitraum entstehenden Verbrauchsschwierigkeiten können so den Verbrauch erneuerbarer Energien besser fördern.
Die zweite Aufgabe besteht darin, die Diskrepanz zwischen den Leistungscharakteristika neuer Energien und dem Lastbedarf effektiv zu bewältigen, indem man sich auf die flexible Anpassungsfähigkeit der schnellen Reaktion stützt, um sich besser an die Zufälligkeit und Volatilität neuer Energien anzupassen und den durch neue Energien bedingten Bedarf an flexibler Anpassung „abhängig vom Wetter“ zu decken.
Drittens gilt es, das unzureichende Trägheitsmoment des auf erneuerbaren Energien basierenden Stromnetzes effektiv zu kompensieren. Dank des hohen Trägheitsmoments des Synchrongenerators lässt sich die Störfestigkeit des Systems deutlich verbessern und die Frequenzstabilität aufrechterhalten.
Viertens dient es dazu, die potenziellen Sicherheitsauswirkungen der „Doppelhoch“-Konfiguration auf das neue Stromversorgungssystem effektiv zu bewältigen, die Notstromversorgung zu gewährleisten und jederzeit mit schnellen Start-Stopp- und Leistungsrampenfunktionen auf plötzliche Anpassungsanforderungen reagieren zu können. Gleichzeitig kann es als unterbrechbare Last die Nennlast der Pumpeneinheit innerhalb von Millisekunden sicher abschalten und so den sicheren und stabilen Betrieb des Systems verbessern.
Fünftens gilt es, die hohen Anpassungskosten, die durch den großflächigen Anschluss neuer Energiequellen an das Stromnetz entstehen, effektiv zu bewältigen. Durch angemessene Betriebsmethoden, kombiniert mit thermischer Energie zur Reduzierung von CO₂-Emissionen und Steigerung der Effizienz, soll der Verzicht auf Wind- und Lichtenergie verringert, die Kapazitätsauslastung optimiert und die Wirtschaftlichkeit sowie der saubere Betrieb des gesamten Systems verbessert werden.
Die Optimierung und Integration der Infrastrukturressourcen wird gestärkt, das Sicherheits-, Qualitäts- und Fortschrittsmanagement von 30 laufenden Bauprojekten koordiniert, der mechanisierte, intelligente und standardisierte Bauprozess energisch vorangetrieben, die Bauzeit optimiert und sichergestellt, dass die Pumpspeicherkapazität im Zeitraum des 14. Fünfjahresplans 20 Millionen Kilowatt übersteigt und die installierte Betriebskapazität bis 2030 70 Millionen Kilowatt übersteigt.
Zweitens wird intensiv an schlanken Managementprozessen gearbeitet. Die Planungsvorgaben werden gestärkt, wobei das Ziel der Klimaneutralität und die Umsetzung der Unternehmensstrategie im Mittelpunkt stehen. Der Entwicklungsplan für Pumpspeicherkraftwerke im Rahmen des 14. Fünfjahresplans wird sorgfältig ausgearbeitet. Die Vorarbeiten für das Projekt werden wissenschaftlich optimiert, und die Machbarkeitsstudie sowie die Genehmigung werden zügig vorangetrieben. Mit Fokus auf Sicherheit, Qualität, Bauzeit und Kosten werden intelligentes Management und Controlling, mechanisiertes und umweltfreundliches Bauen im Ingenieurbau konsequent gefördert, um sicherzustellen, dass die Projekte schnellstmöglich rentabel sind.
Das Lebenszyklusmanagement der Anlagen wird vertieft, die Forschung zur Netzversorgung der Einheiten intensiviert, die Betriebsstrategie der Einheiten optimiert und ein sicherer und stabiler Netzbetrieb umfassend gewährleistet. Das mehrdimensionale Lean Management wird vertieft, der Aufbau einer modernen, intelligenten Lieferkette beschleunigt, das Materialmanagementsystem verbessert, Kapital, Ressourcen, Technologie, Daten und andere Produktionsfaktoren wissenschaftlich allokiert, Qualität und Effizienz energisch gesteigert und die Management- und Betriebseffizienz umfassend verbessert.
Drittens sollen technologische Innovationen vorangetrieben werden. Dazu gehören die vertiefte Umsetzung des „Aktionsplans Neuer Sprung nach vorn“ für wissenschaftliche und technologische Innovationen, erhöhte Investitionen in die Forschung und Entwicklung sowie die Stärkung der Innovationsfähigkeit. Der Einsatz von drehzahlvariablen Kraftwerkstechnologien soll intensiviert, die Forschung und Entwicklung von 400-Megawatt-Großkraftwerken verstärkt, der Bau von Pumpturbinen-Modelllaboren und Simulationslaboren beschleunigt und eine unabhängige Plattform für wissenschaftliche und technologische Innovationen geschaffen werden.
Die Ausrichtung der wissenschaftlichen Forschung und die Ressourcenverteilung sollen optimiert, die Forschung an der Kerntechnologie der Pumpspeicherkraftwerke intensiviert und das technische Problem der „Stagnation“ angegangen werden. Die Forschung zur Anwendung neuer Technologien wie der „Big Cloud IoT Smart Chain“ soll vertieft, der Aufbau digitaler intelligenter Kraftwerke umfassend vorangetrieben und die digitale Transformation von Unternehmen beschleunigt werden.
Veröffentlichungsdatum: 07. März 2022
