Die Wasserkraftnutzung zählt zu den ausgereiftesten Methoden der Stromerzeugung und hat sich im Zuge der Entwicklung des Stromnetzes kontinuierlich weiterentwickelt. Sie hat bedeutende Fortschritte hinsichtlich der autarken Anlagengröße, des technischen Ausstattungsniveaus und der Steuerungstechnik erzielt. Als stabile und zuverlässige Quelle für geregelte Energie hoher Qualität umfasst die Wasserkraft konventionelle Wasserkraftwerke und Pumpspeicherkraftwerke. Neben ihrer Funktion als wichtiger Stromlieferant spielen sie auch eine bedeutende Rolle bei der Spitzenlastkappung, Frequenz- und Phasenmodulation, dem Schwarzstart und der Notstromversorgung während des gesamten Netzbetriebs. Mit der rasanten Entwicklung neuer Energiequellen wie Windkraft und Photovoltaik, der Zunahme der Lastspitzen und -täler in Stromnetzen sowie der durch den vermehrten Einsatz leistungselektronischer Geräte bedingten Verringerung der Rotationsmasse stehen grundlegende Aspekte wie die Planung und der Bau von Stromnetzen, der sichere Betrieb und die wirtschaftliche Lastverteilung vor enormen Herausforderungen. Diese Herausforderungen müssen auch beim zukünftigen Aufbau neuer Stromnetze berücksichtigt werden. Angesichts des Ressourcenreichtums Chinas wird die Wasserkraft eine wichtigere Rolle im neuen Energiesystem spielen, das mit erheblichen innovativen Entwicklungsbedürfnissen und -möglichkeiten verbunden ist und für die wirtschaftliche Sicherheit beim Aufbau eines neuen Energiesystems von großer Bedeutung ist.
Analyse der aktuellen Situation und der innovativen Entwicklungslage der Wasserkrafterzeugung
Innovationsentwicklungssituation
Die globale Energiewende hin zu sauberer Energie beschleunigt sich, und der Anteil neuer Energien wie Windkraft und Photovoltaik nimmt rasant zu. Planung, Bau, sicherer Betrieb und wirtschaftliche Einsatzplanung traditioneller Stromnetze stehen vor neuen Herausforderungen. Von 2010 bis 2021 verzeichnete die weltweite Windkraft ein rasantes Wachstum mit einer durchschnittlichen Wachstumsrate von 15 %. In China erreichte die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate sogar 25 %. Die weltweite Photovoltaik-Anlage verzeichnete in den letzten zehn Jahren ein Wachstum von 31 %. Stromnetze mit einem hohen Anteil neuer Energien stehen vor großen Herausforderungen, wie etwa Schwierigkeiten beim Ausgleich von Angebot und Nachfrage, zunehmenden Problemen bei der Systemsteuerung und Stabilitätsrisiken aufgrund des reduzierten Massenträgheitsmoments sowie einem signifikanten Anstieg des Bedarfs an Spitzenlastabdeckung, was zu höheren Betriebskosten führt. Es ist dringend erforderlich, diese Probleme gemeinsam auf der Versorgungs-, Netz- und Verbraucherseite anzugehen. Wasserkraft ist eine wichtige geregelte Energiequelle mit Eigenschaften wie hohem Massenträgheitsmoment, schneller Reaktionszeit und flexiblem Betriebsmodus. Es bietet natürliche Vorteile bei der Bewältigung dieser neuen Herausforderungen und Probleme.
Der Elektrifizierungsgrad steigt stetig, und die Anforderungen an eine sichere und zuverlässige Stromversorgung für Wirtschaft und Gesellschaft nehmen kontinuierlich zu. In den letzten 50 Jahren hat sich die weltweite Elektrifizierung kontinuierlich verbessert, und der Anteil von Strom am Endenergieverbrauch ist stetig gestiegen. Die Substitution von konventioneller Stromversorgung durch Elektrofahrzeuge hat sich beschleunigt. Die moderne Wirtschaft ist zunehmend auf Elektrizität angewiesen, die sich zum grundlegenden Produktionsmittel für Wirtschaft und Gesellschaft entwickelt hat. Eine sichere und zuverlässige Stromversorgung ist eine wichtige Voraussetzung für Produktion und Leben. Großflächige Stromausfälle verursachen nicht nur enorme wirtschaftliche Verluste, sondern können auch schwerwiegende soziale Unruhen auslösen. Die Versorgungssicherheit ist zum Kern der Energiesicherheit und sogar der nationalen Sicherheit geworden. Der externe Betrieb neuer Stromnetze erfordert eine kontinuierliche Verbesserung der Zuverlässigkeit einer sicheren Stromversorgung, während die interne Entwicklung mit stetig zunehmenden Risikofaktoren konfrontiert ist, die eine ernsthafte Bedrohung für die Versorgungssicherheit darstellen.
Neue Technologien entstehen und finden kontinuierlich Anwendung in Energiesystemen und verbessern deren Intelligenz und Komplexität deutlich. Der weitverbreitete Einsatz leistungselektronischer Geräte in verschiedenen Bereichen der Stromerzeugung, -übertragung und -verteilung hat zu signifikanten Veränderungen der Last- und Systemcharakteristika geführt und damit tiefgreifende Veränderungen der Betriebsmechanismen des Energiesystems bewirkt. Informations-, Kommunikations-, Steuerungs- und Intelligenztechnologien werden in allen Bereichen der Energieerzeugung und -verwaltung umfassend eingesetzt. Der Intelligenzgrad von Energiesystemen hat sich deutlich verbessert, und sie sind nun in der Lage, umfangreiche Online-Analysen und Entscheidungsunterstützungsanalysen durchzuführen. Dezentrale Energieerzeugung ist in großem Umfang mit der Verbraucherseite des Verteilungsnetzes verbunden, und die Stromflussrichtung im Netz hat sich von unidirektional zu bidirektional oder sogar multidirektional verändert. Verschiedene Arten intelligenter elektrischer Geräte entstehen in ständiger Folge, intelligente Zähler finden breite Anwendung, und die Anzahl der Netzzugangsterminals steigt exponentiell. Informationssicherheit ist zu einer wichtigen Risikoquelle für das Energiesystem geworden.
Die Reform und Entwicklung der Elektrizitätswirtschaft befinden sich zunehmend in einer günstigen Phase, und das politische Umfeld, beispielsweise die Strompreise, verbessert sich stetig. Mit der rasanten Entwicklung der chinesischen Wirtschaft und Gesellschaft hat die Elektrizitätswirtschaft einen enormen Sprung von klein zu groß, von schwach zu stark und von nachlaufend zu führend erlebt. Systemisch gesehen hat die Umstrukturierung – von der staatlichen Ebene hin zu den Unternehmen, von der Einheitsnetz- zur Einzelanlagenstruktur, hin zur Trennung von Anlagen und Netzen, zu moderatem Wettbewerb und dem schrittweisen Übergang von der Planwirtschaft zur Marktwirtschaft – einen für Chinas nationale Gegebenheiten geeigneten Entwicklungspfad für die Elektrizitätswirtschaft geschaffen. Die Produktions- und Baukapazitäten sowie das Niveau der chinesischen Elektrizitätstechnologie und -ausrüstung zählen zu den weltweit führenden. Die Universaldienstleistung und die Umweltindikatoren der Elektrizitätswirtschaft verbessern sich kontinuierlich, und das weltweit größte und technologisch fortschrittlichste Stromnetz wurde errichtet und ist in Betrieb. Chinas Strommarkt entwickelt sich stetig weiter und verfolgt einen klaren Weg zum Aufbau eines einheitlichen Strommarktes von der lokalen über die regionale bis zur nationalen Ebene. Dabei hält er an Chinas Linie fest, die Wahrheit auf Fakten zu gründen. Politische Mechanismen wie die Strompreise wurden schrittweise rationalisiert, und es wurde ein Strompreismechanismus geschaffen, der für die Entwicklung von Pumpspeicherkraftwerken geeignet ist und ein politisches Umfeld für die Realisierung des wirtschaftlichen Werts von Wasserkraftinnovationen und -entwicklung bietet.
Die Rahmenbedingungen für die Planung, den Entwurf und den Betrieb von Wasserkraftwerken haben sich grundlegend verändert. Die Kernaufgabe traditioneller Wasserkraftwerksplanung und -entwürfe besteht darin, eine technisch realisierbare und wirtschaftlich sinnvolle Kraftwerksgröße und Betriebsweise zu wählen. Üblicherweise werden Wasserkraftprojekte unter dem Prämisse einer optimalen, umfassenden Nutzung der Wasserressourcen geplant. Dabei müssen Anforderungen wie Hochwasserschutz, Bewässerung, Schifffahrt und Wasserversorgung umfassend berücksichtigt und die wirtschaftlichen, sozialen und ökologischen Vorteile verglichen werden. Angesichts kontinuierlicher technologischer Fortschritte und des stetig steigenden Anteils von Wind- und Photovoltaikenergie muss das Energiesystem die Wasserressourcen besser nutzen, die Betriebsweisen von Wasserkraftwerken erweitern und eine größere Rolle bei der Spitzenlastabdeckung, Frequenzmodulation und Netzausgleichsmaßnahmen spielen. Viele Ziele, die in der Vergangenheit technologisch, ausrüstungstechnisch und baulich nicht realisierbar waren, sind heute wirtschaftlich und technisch umsetzbar. Die ursprüngliche Einweg-Stromerzeugung aus Wasserspeicherung und -abgabe in Wasserkraftwerken genügt den Anforderungen moderner Energiesysteme nicht mehr. Daher ist es notwendig, die Regelungsfähigkeit von Wasserkraftwerken durch den Einsatz von Pumpspeicherkraftwerken deutlich zu verbessern. Gleichzeitig ist es angesichts der begrenzten Möglichkeiten kurzfristig geregelter Energiequellen wie Pumpspeicherkraftwerke zur Förderung des Einsatzes neuer Energiequellen wie Wind- und Photovoltaikenergie sowie der Schwierigkeit, eine sichere und bezahlbare Stromversorgung zu gewährleisten, objektiv notwendig, die Speicherkapazität konventioneller Wasserkraftwerke zu erhöhen, um deren Regelzyklus zu verlängern und so die Lücke in der Systemregelfähigkeit zu schließen, die beim Ausstieg aus der Kohleverstromung entsteht.
Innovationsentwicklungsbedarf
Es besteht dringender Bedarf, die Entwicklung der Wasserkraftressourcen zu beschleunigen, ihren Anteil am neuen Stromnetz zu erhöhen und ihr eine größere Rolle zukommen zu lassen. Im Hinblick auf das Ziel der Klimaneutralität wird die installierte Gesamtleistung von Wind- und Photovoltaikanlagen bis 2030 über 1,2 Milliarden Kilowatt erreichen; für 2060 wird ein Anstieg auf 5 bis 6 Milliarden Kilowatt erwartet. Zukünftig wird ein enormer Bedarf an Regelenergie in neuen Stromnetzen bestehen, und Wasserkraft ist die qualitativ hochwertigste Regelenergiequelle. Chinas Wasserkrafttechnologie verfügt über ein installiertes Leistungsvolumen von 687 Millionen Kilowatt. Bis Ende 2021 wurden 391 Millionen Kilowatt installiert, was einer Ausbaurate von etwa 57 % entspricht – deutlich weniger als die 90 % Ausbaurate einiger entwickelter Länder in Europa und den USA. In Anbetracht der Tatsache, dass der Entwicklungszyklus von Wasserkraftprojekten lang ist (in der Regel 5-10 Jahre), während der Entwicklungszyklus von Windkraft- und Photovoltaik-Kraftwerksprojekten relativ kurz ist (in der Regel 0,5-1 Jahre oder sogar kürzer) und sich schnell entwickelt, ist es dringend erforderlich, den Entwicklungsfortschritt von Wasserkraftprojekten zu beschleunigen, sie so schnell wie möglich fertigzustellen und ihre Rolle so schnell wie möglich zu erfüllen.
Es besteht dringender Bedarf, die Entwicklung der Wasserkraft an die neuen Anforderungen der Spitzenlastkappung in modernen Stromnetzen anzupassen. Angesichts der Ziele der Klimaneutralität („Dual Carbon“) stellt die zukünftige Stromversorgungsstruktur enorme Anforderungen an den Netzbetrieb hinsichtlich der Spitzenlastkappung. Dieses Problem lässt sich nicht durch einen flexiblen Einsatzplan oder Marktmechanismen lösen, sondern ist vielmehr eine Frage der technischen Machbarkeit. Ein wirtschaftlicher, sicherer und stabiler Netzbetrieb kann nur durch marktorientierte Steuerung, einen effizienten Einsatzplan und eine entsprechende Betriebskontrolle erreicht werden, vorausgesetzt, die Technologie ist realisierbar. Für bestehende konventionelle Wasserkraftwerke ist es dringend erforderlich, die Nutzung der vorhandenen Speicherkapazitäten und Anlagen systematisch zu optimieren, die Investitionen in die Transformation bei Bedarf angemessen zu erhöhen und die Regelleistung zu verbessern. Bei neu geplanten und gebauten konventionellen Wasserkraftwerken müssen die durch das neue Stromnetz bedingten erheblichen Veränderungen der Rahmenbedingungen berücksichtigt und flexible, anpassungsfähige Kraftwerke mit einer Kombination aus kurz- und langfristigen Anlagen geplant und gebaut werden, die den lokalen Gegebenheiten entsprechen. Im Hinblick auf Pumpspeicherkraftwerke sollte der Bau angesichts der aktuell unzureichenden kurzfristigen Regelleistung beschleunigt werden. Langfristig sollte der Bedarf des Systems an kurzfristigen Lastspitzenkappungskapazitäten berücksichtigt und ein entsprechender Entwicklungsplan wissenschaftlich fundiert formuliert werden. Bei Pumpspeicherkraftwerken mit Wassertransfer ist es notwendig, den Bedarf an nationalen Wasserressourcen für den überregionalen Wassertransfer zu decken – sowohl im Rahmen eines überregionalen Wassertransferprojekts als auch durch die umfassende Nutzung von Regelenergieressourcen des Stromnetzes. Gegebenenfalls kann dies auch mit der Gesamtplanung und dem Entwurf von Meerwasserentsalzungsanlagen kombiniert werden.
Es besteht dringender Bedarf, die Wasserkraftnutzung zu fördern, um einen höheren wirtschaftlichen und sozialen Mehrwert zu schaffen und gleichzeitig den wirtschaftlichen und sicheren Betrieb neuer Energiesysteme zu gewährleisten. Angesichts der Entwicklungsziele zur Reduzierung der CO₂-Emissionen und zur Erreichung der Klimaneutralität im Energiesystem wird erneuerbare Energie schrittweise zur Hauptkraft in der zukünftigen Energieversorgungsstruktur werden, und der Anteil CO₂-intensiver Energiequellen wie Kohle wird sukzessive sinken. Laut Daten verschiedener Forschungsinstitute wird Chinas installierte Leistung im Szenario eines großflächigen Kohleausstiegs bis 2060 etwa 70 % der Stromerzeugung aus Wind- und Photovoltaikenergie ausmachen; die gesamte installierte Wasserkraftkapazität einschließlich Pumpspeicherkraftwerken beträgt etwa 800 Millionen Kilowatt, was etwa 10 % entspricht. In der zukünftigen Energiestruktur ist Wasserkraft eine relativ zuverlässige, flexible und anpassungsfähige Energiequelle und somit ein Eckpfeiler für den sicheren, stabilen und wirtschaftlichen Betrieb neuer Energiesysteme. Es ist dringend erforderlich, vom derzeitigen Entwicklungs- und Betriebsmodell „energieerzeugungsbasiert, regulierungsgestützt“ zu „regulierungsbasiert, energieerzeugungsgestützt“ überzugehen. Dementsprechend sollten die wirtschaftlichen Vorteile von Wasserkraftunternehmen im Kontext einer höheren Wertschöpfung berücksichtigt werden, und die Vorteile von Wasserkraftunternehmen sollten auch die Einnahmen aus der Bereitstellung von Regelleistungsdienstleistungen für das System auf der Grundlage der ursprünglichen Stromerzeugungseinnahmen deutlich erhöhen.
Es besteht dringender Bedarf an Innovationen bei den technischen Standards, Richtlinien und Systemen der Wasserkraft, um eine effiziente und nachhaltige Entwicklung der Wasserkraft zu gewährleisten. Zukünftig muss die innovative Entwicklung der Wasserkraft beschleunigt werden, und die bestehenden technischen Standards, Richtlinien und Systeme müssen dringend an diese Entwicklung angepasst werden, um eine effiziente Wasserkraftnutzung zu fördern. Im Hinblick auf Standards und Spezifikationen ist es dringend erforderlich, diese für Planung, Konstruktion, Betrieb und Instandhaltung auf Basis von Pilotprojekten und deren Verifizierung gemäß den technischen Anforderungen der neuen Energiesysteme für konventionelle Wasserkraftwerke, Pumpspeicherkraftwerke, Hybridkraftwerke und Pumpspeicherkraftwerke mit Wasserüberleitung (einschließlich Pumpstationen) zu optimieren, um eine geordnete und effiziente Entwicklung der Wasserkraftinnovation sicherzustellen. Im Hinblick auf Richtlinien und Systeme besteht dringender Bedarf an der Erforschung und Formulierung von Anreizsystemen, um die innovative Entwicklung der Wasserkraft zu lenken, zu unterstützen und zu fördern. Gleichzeitig besteht ein dringender Bedarf an institutionellen Rahmenbedingungen wie Markt- und Strompreisen, um die neuen Werte der Wasserkraft in wirtschaftliche Vorteile umzuwandeln und Unternehmen zu ermutigen, aktiv in innovative Entwicklungstechnologien zu investieren, Pilotprojekte zu demonstrieren und großflächige Entwicklungen durchzuführen.
Innovativer Entwicklungspfad und Perspektiven der Wasserkraft
Die innovative Entwicklung der Wasserkraft ist für den Aufbau eines neuen Energiesystems dringend erforderlich. Dabei ist es unerlässlich, Maßnahmen an die lokalen Gegebenheiten anzupassen und umfassende Strategien umzusetzen. Für die verschiedenen Arten von Wasserkraftprojekten, sowohl bestehende als auch geplante, sollten unterschiedliche technische Konzepte angewendet werden. Neben den funktionalen Anforderungen der Stromerzeugung und Spitzenlastabdeckung, der Frequenzmodulation und des Lastausgleichs müssen auch die umfassende Nutzung der Wasserressourcen, der Bau von anpassungsfähigen Lastverteilungen und weitere Aspekte berücksichtigt werden. Das optimale Konzept sollte schließlich durch eine umfassende Nutzenbewertung ermittelt werden. Die Verbesserung der Regelleistung konventioneller Wasserkraftwerke und der Bau von Pumpspeicherkraftwerken mit integriertem Überleitungswasser bieten im Vergleich zu neu errichteten Pumpspeicherkraftwerken erhebliche wirtschaftliche Vorteile. Insgesamt bestehen keine unüberwindbaren technischen Hürden für die innovative Entwicklung der Wasserkraft; sie bietet enormes Entwicklungspotenzial und herausragende wirtschaftliche und ökologische Vorteile. Es ist daher ratsam, der großflächigen Entwicklung auf Basis von Pilotprojekten große Aufmerksamkeit zu widmen und diese zu beschleunigen.
„Stromerzeugung + Pumpen“
Der Modus „Stromerzeugung + Pumpen“ nutzt bestehende Wasserkraftwerke und Staudämme sowie Anlagen zur Stromübertragung und -umwandlung, um an geeigneten Standorten unterhalb des Wasserauslasses eines Wasserkraftwerks einen Wasserumleitungsdamm zu errichten. Dieser bildet ein Unterbecken, ergänzt durch Pumpen, Rohrleitungen und weitere Anlagen. Das ursprüngliche Becken dient als Oberbecken. Aufbauend auf der Stromerzeugungsfunktion des ursprünglichen Wasserkraftwerks wird die Pumpleistung des Stromnetzes bei geringer Last erhöht. Die bestehenden Wasserturbinengeneratoren werden weiterhin zur Stromerzeugung genutzt. Dadurch werden die Pump- und Speicherkapazität des ursprünglichen Wasserkraftwerks und somit dessen Regelleistung verbessert (siehe Abbildung 1). Das Unterbecken kann auch separat an einem geeigneten Standort unterhalb des Wasserkraftwerks errichtet werden. Beim Bau eines Unterbeckens unterhalb des Wasserauslasses eines Wasserkraftwerks ist es ratsam, den Wasserstand zu regulieren, um die Stromerzeugungseffizienz des ursprünglichen Wasserkraftwerks nicht zu beeinträchtigen. Im Hinblick auf die Optimierung des Betriebsmodus und die funktionalen Anforderungen für die Teilnahme an der Nivellierung empfiehlt sich der Einsatz eines Synchronmotors für die Pumpe. Diese Betriebsart eignet sich generell für die funktionale Umrüstung von Wasserkraftwerken im laufenden Betrieb. Die Ausrüstung und Anlagen sind flexibel und einfach, zeichnen sich durch geringe Investitionskosten, kurze Bauzeiten und schnelle Ergebnisse aus.
„Stromerzeugung + Pumpspeicherkraftwerk“
Der Hauptunterschied zwischen dem Modus „Stromerzeugung + Pumpspeicherkraftwerk“ und dem Modus „Stromerzeugung + Pumpspeicherkraftwerk“ besteht darin, dass die Umwandlung der Pumppumpe in ein Pumpspeicherkraftwerk die Pumpspeicherkapazität des ursprünglichen konventionellen Wasserkraftwerks direkt erhöht und somit dessen Regelleistung verbessert. Das Prinzip der Anlage des Unterbeckens entspricht dem Modus „Stromerzeugung + Pumpspeicherkraftwerk“. Auch bei diesem Modell kann das bestehende Becken als Unterbecken genutzt und ein Oberbecken an einem geeigneten Standort errichtet werden. Bei neuen Wasserkraftwerken können neben konventionellen Generatoren Pumpspeicherkraftwerke mit einer bestimmten Kapazität installiert werden. Angenommen, die maximale Leistung eines einzelnen Wasserkraftwerks beträgt P1 und die zusätzliche Pumpspeicherleistung P2, so erweitert sich der Leistungsbereich des Kraftwerks im Verhältnis zum Stromnetz von (0, P1) auf (-P2, P1+P2).
Recycling von Kaskaden-Wasserkraftwerken
Für die Entwicklung vieler Flüsse in China wird das Kaskadenmodell angewendet, und es wurden Wasserkraftwerke wie beispielsweise am Jinsha-Fluss und am Dadu-Fluss errichtet. Bei einer neuen oder bestehenden Kaskadenkraftwerksgruppe dient in zwei benachbarten Kraftwerken der Stausee des oberen Kraftwerks als Oberbecken und der des unteren Kraftwerks als Unterbecken. Je nach Geländebeschaffenheit werden geeignete Wasserentnahmestellen ausgewählt, und die Entwicklung kann durch die Kombination der beiden Betriebsarten „Stromerzeugung + Pumpbetrieb“ und „Stromerzeugung + Pumpbetrieb“ erfolgen. Dieses Modell eignet sich für die Modernisierung von Kaskadenkraftwerken und kann deren Regelleistung und Regelzyklus deutlich verbessern, was erhebliche Vorteile mit sich bringt. Abbildung 2 zeigt den Aufbau eines in China in eine Kaskade integrierten Wasserkraftwerks. Die Entfernung vom Damm des oberen Kraftwerks zur unteren Wasserentnahmestelle beträgt in der Regel weniger als 50 Kilometer.
Lokaler Ausgleich
Der Modus „Lokaler Ausgleich“ bezeichnet den Bau von Windkraft- und Photovoltaikanlagen in der Nähe von Wasserkraftwerken sowie die automatische Anpassung und den Ausgleich des Betriebs dieser Kraftwerke, um eine stabile Leistungsabgabe gemäß den Vorgaben des Netzplans zu gewährleisten. Da die Hauptwasserkraftwerke alle nach dem Netzplan betrieben werden, eignet sich dieser Modus für Radialkraftwerke und einige kleinere Wasserkraftwerke, die sich nicht für eine großflächige Umstrukturierung eignen und üblicherweise nicht für die Spitzenlastkappung und Frequenzmodulation vorgesehen sind. Die Betriebsleistung der Wasserkraftwerke lässt sich flexibel steuern, ihre kurzfristige Regelkapazität kann genutzt und ein lokaler Ausgleich sowie eine stabile Leistungsabgabe erreicht werden, während gleichzeitig die Auslastung der bestehenden Übertragungsleitungen verbessert wird.
Wasser- und Stromspitzenregulierungskomplex
Das Modell des „Wasser- und Spitzenlastkraftwerkskomplexes“ basiert auf dem Baukonzept von Pumpspeicherkraftwerken zur Wasserregulierung. In Kombination mit großen Wasserbauprojekten wie großflächigen Überleitungen zwischen Einzugsgebieten werden mehrere Speicherbecken und Umleitungsanlagen errichtet. Der Höhenunterschied zwischen den Speicherbecken wird genutzt, um Pumpstationen, konventionelle Wasserkraftwerke und Pumpspeicherkraftwerke zu einem Kraftwerks- und Speicherkomplex zu errichten. Beim Wassertransport von hochgelegenen in tiefer gelegene Gebiete nutzt der „Wasser- und Spitzenlastkraftwerkskomplex“ den Höhenunterschied optimal zur Stromerzeugung, ermöglicht den Ferntransport von Wasser und senkt gleichzeitig die Transportkosten. Gleichzeitig dient er als großflächige, steuerbare Last und Energiequelle für das Stromnetz und stellt Regeldienstleistungen bereit. Darüber hinaus kann der Komplex mit Meerwasserentsalzungsanlagen kombiniert werden, um eine umfassende Nutzung der Wasserressourcenentwicklung und der Netzregulierung zu erreichen.
Meerwasser-Pumpspeicher
Meerwasser-Pumpspeicherkraftwerke können einen geeigneten Küstenstandort für den Bau eines oberen Speicherbeckens wählen und das Meer als unteren Speicher nutzen. Angesichts der zunehmenden Standortschwierigkeiten konventioneller Pumpspeicherkraftwerke haben Meerwasser-Pumpspeicherkraftwerke die Aufmerksamkeit relevanter nationaler Behörden auf sich gezogen und wurden bereits im Rahmen von Ressourcenerkundungen und zukunftsweisenden technischen Forschungsarbeiten untersucht. Meerwasser-Pumpspeicherkraftwerke lassen sich zudem mit der umfassenden Entwicklung von Gezeitenenergie, Wellenenergie, Offshore-Windkraft usw. kombinieren, um Pumpspeicherkraftwerke mit großer Speicherkapazität und langen Regelzyklen zu realisieren.
Mit Ausnahme von Laufwasserkraftwerken und einigen kleinen Wasserkraftwerken ohne Speicherkapazität können die meisten Wasserkraftwerke mit einem gewissen Speichervolumen die Umrüstung zu Pumpspeicherkraftwerken prüfen und durchführen. Bei neu errichteten Wasserkraftwerken kann eine bestimmte Kapazität an Pumpspeichereinheiten als Gesamtsystem geplant und angeordnet werden. Es wird vorläufig geschätzt, dass die Anwendung neuer Entwicklungsmethoden die Kapazität zur hochwertigen Spitzenlastabdeckung um mindestens 100 Millionen Kilowatt erhöhen kann. Der Einsatz von Systemen zur Wasserregulierung und Spitzenlastabdeckung sowie die Nutzung von Meerwasser-Pumpspeicherkraftwerken können ebenfalls eine äußerst signifikante Steigerung der hochwertigen Spitzenlastabdeckung ermöglichen. Dies ist von großer Bedeutung für den Aufbau und den sicheren und stabilen Betrieb neuer Energiesysteme und bringt erhebliche wirtschaftliche und soziale Vorteile.
Vorschläge für Innovationen und die Entwicklung der Wasserkraft
Zunächst sollte so schnell wie möglich ein übergeordnetes Konzept für Innovationen und die Entwicklung der Wasserkraft erarbeitet und darauf aufbauend Leitlinien zur Förderung dieser Innovationen herausgegeben werden. Es sollten zentrale Fragestellungen wie Leitideologie, Entwicklungsstrategie, Grundprinzipien, Planungsprioritäten und die Ausgestaltung der innovativen Wasserkraftentwicklung erforscht werden. Auf dieser Grundlage sollten Entwicklungspläne erstellt, Entwicklungsphasen und -erwartungen präzisiert und die Marktteilnehmer bei der geordneten Projektentwicklung unterstützt werden.
Die zweite Aufgabe besteht darin, technische und wirtschaftliche Machbarkeitsanalysen sowie Demonstrationsprojekte zu organisieren und durchzuführen. In Verbindung mit dem Bau neuer Stromversorgungssysteme werden Ressourcenerkundungen für Wasserkraftwerke und technische und wirtschaftliche Analysen von Projekten durchgeführt, Baupläne erstellt, typische Projekte für Demonstrationszwecke ausgewählt und Erfahrungen für die großflächige Entwicklung gesammelt.
Drittens werden wir die Forschung und Demonstration von Schlüsseltechnologien unterstützen. Durch die Einrichtung nationaler Wissenschafts- und Technologieprojekte und andere Maßnahmen werden wir grundlegende und universelle technische Durchbrüche, die Entwicklung von Schlüsselausrüstungen und Demonstrationsanwendungen im Bereich der Wasserkraftinnovation und -entwicklung fördern. Dies umfasst unter anderem Schaufelmaterialien für Meerwasserpumpen und -speicherpumpenturbinen sowie die Untersuchung und Planung großflächiger regionaler Wasserumleitungs- und Spitzenlastkraftwerke.
Viertens sollten fiskalische und steuerliche Richtlinien, Genehmigungsverfahren für Projekte sowie Strompreisrichtlinien formuliert werden, um die innovative Entwicklung der Wasserkraft zu fördern. Im Fokus stehen dabei alle Aspekte der innovativen Entwicklung der Wasserkraftnutzung. Entsprechend den lokalen Gegebenheiten sollten in frühen Projektphasen Maßnahmen wie Zinsnachlässe, Investitionszuschüsse und Steueranreize, einschließlich grüner Finanzierungshilfen, entwickelt werden, um die Projektkosten zu senken. Für Pumpspeicherkraftwerks-Sanierungsprojekte, die die hydrologischen Eigenschaften der Flüsse nicht wesentlich verändern, sollten vereinfachte Genehmigungsverfahren eingeführt werden, um den Genehmigungsaufwand zu reduzieren. Der Leistungspreismechanismus für Pumpspeicherkraftwerke und der Strompreismechanismus für Pumpspeicherkraftwerke sollten rationalisiert werden, um eine angemessene Rendite zu gewährleisten.
Veröffentlichungsdatum: 22. März 2023
