Ich habe einen Freund, der in den besten Jahren seines Lebens steht und kerngesund ist. Obwohl ich seit vielen Tagen nichts von dir gehört habe, geht es ihm vermutlich gut. Heute traf ich ihn zufällig, aber er wirkte sehr abgekämpft. Ich machte mir Sorgen um ihn. Ich ging hin, um nach Einzelheiten zu fragen.
Er seufzte und sagte langsam: „Ich bin seit kurzem in ein Mädchen verknallt.“ Man kann sagen, dass „schönes Lächeln und schöne Augen“ mein Herz berühren. Allerdings sind meine Eltern noch in der Schule und haben Zweifel, deshalb wurden sie schon lange nicht mehr eingestellt. „Mein Gürtel wird breiter, und ich werde es nicht bereuen, und ich werde für den Irak abgemagert sein“, so fühle ich mich heute. Ich wusste immer, dass Sie viel wissen. Da es Ihnen bestimmt ist, sich heute zu treffen, möchte ich Sie bitten, dem Personal zu helfen. Wenn das Schicksal es so will und die Sechs Riten erfüllt sind, werden die beiden Nachnamen heiraten und in einem Haus einen Bund schließen. Die gute Beziehung wird nie enden, wenn derselbe Name passt. Schreiben Sie mit dem Versprechen des weißen Kopfes an Hongjian, damit die Allianz der roten Blätter im Mandarinenbaum festgehalten werden kann. Wenn es irgendeine Disharmonie gibt, sollten wir auch „den Kummer lösen und den Knoten lösen, ganz zu schweigen davon, einander zu hassen; der eine trennt sich, der andere vergibt, und jeder ist glücklich.“ Übrigens hat dieses Mädchen einen Doppelnamen für das Pumpen von Wasser und einen Doppelnamen für die Speicherung von Energie.
Nachdem ich das gehört habe, bin ich überhaupt nicht wütend. Offensichtlich hat Ihr Vorgesetzter Sie gebeten, zu beurteilen, ob das Pumpspeicherkraftwerk eine Investition wert ist, aber Sie sagten, es sei so frisch und raffiniert. „Eine gute Ehe wird von Natur aus geschlossen, und ein gutes Paar wird von Natur aus geschlossen.“ Ich kann nichts über Gefühle sagen. Aber was Pumpspeicherkraftwerke betrifft, habe ich gerade einen hochrangigen Mitarbeiter nach dem Bewertungssystem der „fünfdimensionalen Integration“ gefragt, das auf der Baupraxis von über 100 Pumpspeicherprojekten basiert. Dazu gehören geografische Lage, Baubedingungen, äußere Bedingungen, technische Planung und wirtschaftliche Indikatoren. Wenn Sie möchten, hören Sie mir einfach zu.
1. Geografische Lage
In der Immobilienbranche gibt es ein altes Sprichwort: „Lage, Lage, Lage“ ist „Lage, Lage oder Lage“. Dieses berühmte Wall-Street-Sprichwort fand weite Verbreitung, nachdem es von Li Ka-shing zitiert wurde.
Bei der umfassenden Bewertung von Pumpspeicherprojekten spielt auch die geografische Lage eine wichtige Rolle. Pumpspeicher dienen hauptsächlich der Stromnetzerschließung oder der Entwicklung großer neuer Energiebasen. Daher liegt die geografische Lage des Pumpspeicherkraftwerks hauptsächlich in der Nähe des Lastzentrums und der neuen Energiebasis.
Derzeit befinden sich die meisten Pumpspeicherkraftwerke, die in China gebaut wurden oder sich im Bau befinden, in den Lastzentren des jeweiligen Netzes. Beispielsweise liegt das Pumpspeicherkraftwerk Guangzhou (2,4 Millionen Kilowatt) 90 Kilometer von Guangzhou entfernt, das Pumpspeicherkraftwerk Ming Tombs (0,8 Millionen Kilowatt) 40 Kilometer von Peking, das Pumpspeicherkraftwerk Tianhuangping (1,8 Millionen Kilowatt) 57 Kilometer von Hangzhou und das Pumpspeicherkraftwerk Shenzhen (1,2 Millionen Kilowatt) im Stadtgebiet von Shenzhen.
Um den Bedarf an erneuerbarer Energie zu decken, können neben der integrierten Wasser- und Landschaftsentwicklung sowie der Entwicklung neuer Energiequellen in der Wüste Gobi auch neue Pumpspeicherkraftwerke in der Nähe dieser Quellen geplant werden. So dienen die derzeit in Xinjiang, Gansu, Shaanxi, der Inneren Mongolei und Shanxi geplanten Pumpspeicherkraftwerke neben der Deckung des lokalen Stromnetzes vor allem der Versorgung neuer Energiequellen.
Der erste Punkt einer umfassenden Bewertung von Pumpspeicherkraftwerken ist daher deren Entstehungsort. Generell sollten Pumpspeicherkraftwerke dem Prinzip der dezentralen Verteilung folgen und sich auf die Verteilung in der Nähe von Netzlastzentren und neuen Energiekonzentrationsgebieten konzentrieren. Darüber hinaus sollten Gebiete ohne Pumpspeicherkraftwerke bei guten Ressourcenbedingungen bevorzugt werden.
2. Baubedingungen
1. Topografische Bedingungen
Die Analyse der topografischen Bedingungen umfasst hauptsächlich die Wassersäule, das Verhältnis von Entfernung zu Höhe und die natürliche effektive Speicherkapazität der oberen und unteren Reservoirs. Die im Pumpspeicher gespeicherte Energie entspricht im Wesentlichen der Gravitationsenergie des Wassers, die dem Produkt aus Höhenunterschied und Schwerkraft des Wassers im Reservoir entspricht. Um die gleiche Energie zu speichern, muss entweder der Höhenunterschied zwischen den oberen und unteren Reservoirs vergrößert oder die geregelte Speicherkapazität der oberen und unteren Pumpspeicher erhöht werden.
Unter bestimmten Bedingungen ist ein größerer Höhenunterschied zwischen dem oberen und dem unteren Reservoir sinnvoller, da dadurch die Größe der oberen und unteren Reservoirs sowie die Größe der Anlage und der elektromechanischen Ausrüstung verringert und die Projektinvestitionen gesenkt werden können. Beim derzeitigen Produktionsniveau von Pumpspeicherkraftwerken führt ein zu großer Höhenunterschied jedoch auch zu größeren Schwierigkeiten bei der Herstellung der Einheiten. Je größer also, desto besser. Erfahrungsgemäß beträgt der Höhenunterschied im Allgemeinen 400 bis 700 m. Beispielsweise beträgt die Nennfallhöhe des Pumpspeicherkraftwerks Ming Tombs 430 m, die Nennfallhöhe des Pumpspeicherkraftwerks Xianju 447 m, die Nennfallhöhe des Pumpspeicherkraftwerks Tianchi 510 m, die Nennfallhöhe des Pumpspeicherkraftwerks Tianhuangping 526 m, die Nennfallhöhe des Pumpspeicherkraftwerks Xilongchi 640 m und die Nennfallhöhe des Pumpspeicherkraftwerks Dunhua 655 m. Das Pumpspeicherkraftwerk Changlongshan hat derzeit mit 710 m die höchste in China gebaute Fallhöhe; die höchste Fallhöhe der im Bau befindlichen Pumpspeicherkraftwerke hat das Pumpspeicherkraftwerk Tiantai mit einer Nennfallhöhe von 724 m.
Das Abstand-Höhen-Verhältnis (Abstand-Höhen-Verhältnis) ist das Verhältnis zwischen dem horizontalen Abstand und dem Höhenunterschied zwischen dem oberen und unteren Reservoir. Im Allgemeinen ist ein geringerer Wert sinnvoll, da dies den technischen Aufwand für das Wassertransportsystem reduzieren und Investitionen sparen kann. Erfahrungsgemäß kann ein zu geringes Abstand-Höhen-Verhältnis jedoch leicht zu Problemen wie der technischen Planung und hohen und steilen Hängen führen. Daher ist ein Abstand-Höhen-Verhältnis zwischen 2 und 10 sinnvoll. Beispielsweise beträgt das Abstand-Höhen-Verhältnis des Pumpspeicherwerks Changlongshan 3,1; das Abstand-Höhen-Verhältnis des Pumpspeicherwerks Huizhou 8,3.
Wenn das Gelände der oberen und unteren Staubecken relativ offen ist, kann der Energiespeicherbedarf innerhalb eines kleinen Bereichs des Staubeckens gedeckt werden. Andernfalls ist eine Vergrößerung der Staubeckenfläche oder eine Anpassung der Speicherkapazität durch Aushub und Erweiterung erforderlich, was zu einem erhöhten Flächenbedarf und größerem Bauvolumen führt. Für Pumpspeicherkraftwerke mit einer installierten Leistung von 1,2 Millionen Kilowatt und einer Volllastzeit von sechs Stunden beträgt die benötigte Speicherkapazität zur Regelung der Stromerzeugung bei einer Fallhöhe von 400 m, 500 m und 600 m etwa 8 Millionen Kubikmeter, 7 Millionen Kubikmeter bzw. 6 Millionen Kubikmeter. Auf dieser Grundlage müssen auch die Totspeicherkapazität, die Speicherkapazität der Wasserverlustreserve und weitere Faktoren berücksichtigt werden, um die endgültige Speicherkapazität des Staubeckens zu bestimmen. Um die erforderliche Speicherkapazität zu erfüllen, muss der Staubecken durch Aufstauen oder Aushub in Anpassung an das natürliche Gelände geschaffen werden.
Darüber hinaus ist das Einzugsgebiet des oberen Reservoirs im Allgemeinen klein, und der Hochwasserschutz des Projekts kann durch eine entsprechende Erhöhung der Dammhöhe gelöst werden. Daher ist das enge Tal am Auslass des oberen Reservoirbeckens ein idealer Ort für den Dammbau, wodurch die Dammfüllung erheblich reduziert werden kann.
2. Geologische Bedingungen
Nur die grünen Berge sind wie Mauern, wenn sie auf die Sechs Dynastien hinweisen.
——Yuan Sadurah
Zu den geologischen Bedingungen zählen vor allem die regionale Strukturstabilität, die ingenieurgeologischen Bedingungen der oberen und unteren Reservoirs und ihrer Verbindungsbereiche, die ingenieurgeologischen Bedingungen des Wassertransport- und Stromerzeugungssystems sowie die natürlichen Baumaterialien.
Die Rückhalte- und Entlastungsstrukturen des Pumpspeicherkraftwerks sollten aktive Verwerfungen vermeiden, und im Reservoirbereich sollten keine größeren Erdrutsche, Einstürze, Murgänge oder andere widrige geologische Phänomene auftreten. Die unterirdischen Kraftwerkskavernen sollten schwache oder brüchige Gesteinsmassen meiden. Können diese Bedingungen durch die technische Planung nicht vermieden werden, schränken die geologischen Bedingungen den Bau des Pumpspeicherkraftwerks ein.
Auch wenn das Pumpspeicherkraftwerk die oben genannten Einschränkungen vermeidet, wirken sich die geologischen Bedingungen stark auf die Projektkosten aus. Generell gilt: Je seltener Erdbeben im Projektgebiet auftreten und je härter das Gestein ist, desto günstiger sind die Baukosten für Pumpspeicherkraftwerke.
Entsprechend den baulichen Gegebenheiten und den Betriebseigenschaften des Pumpspeicherkraftwerks lassen sich die wesentlichen ingenieurgeologischen Probleme wie folgt zusammenfassen:
(1) Im Vergleich zu konventionellen Kraftwerken bietet Pumpspeicherkraftwerken mehr Spielraum für Vergleiche und die Auswahl von Standorten für Kraftwerke und Speicherbecken. Standorte mit ungünstigen geologischen Bedingungen oder schwierigen technischen Voraussetzungen können durch geologische Untersuchungen im Rahmen der Standortuntersuchung und der Kraftwerksplanung ausgeschlossen werden. Die geologische Erkundung spielt in dieser Phase eine besonders wichtige Rolle.
Doch die Wunder und Wunderwerke dieser Welt liegen oft in der Gefahr und der Entfernung, und was die Menschen am seltensten finden, ist, dass es für jeden, der den Willen dazu hat, unmöglich ist, sie zu erreichen.
——Song-Dynastie, Wang Anshi
Vermessung des oberen Staudammstandorts des Pumpspeicherkraftwerks Shitai in der Provinz Anhui
(2) Es gibt viele unterirdische technische Höhlen, lange Tunnelabschnitte mit hohem Druck, großen inneren Wasserdruck, tiefe Vergrabungen und große Ausmaße. Es ist notwendig, die Stabilität des umgebenden Gesteins vollständig nachzuweisen und die Aushubmethode, die Art der Unterstützung und Auskleidung, den Umfang und die Tiefe des umgebenden Tunnelgesteins zu bestimmen.
(3) Die Speicherkapazität von Pumpspeichern ist in der Regel gering, und die Pumpkosten während des Betriebs sind hoch. Daher muss die Leckagemenge im oberen Reservoir streng kontrolliert werden. Das obere Reservoir befindet sich meist auf Berggipfeln und ist in der Regel von niedrigen, angrenzenden Tälern umgeben. Viele Stationen werden in Gebieten mit negativer Karstlandschaft ausgewählt, um die vorteilhafte Geländeform auszunutzen. Probleme wie Leckagen in angrenzenden Tälern und Karst sind relativ häufig und müssen berücksichtigt werden, wobei die Bauqualität sorgfältig kontrolliert werden muss.
(4) Die Verteilung der zur Dammverfüllung verwendeten Materialien im Speicherbecken des Pumpspeicherkraftwerks ist der entscheidende Faktor für die Auslastung der Materialquelle. Wenn die im Abbaubereich des Speicherbeckens oberhalb des Totwasserspiegels verwendeten Materialreserven gerade den Bedarf für die Dammverfüllung decken und kein oberflächliches Abtragsmaterial anfällt, ist ein optimales Gleichgewicht zwischen Abbau und Verfüllung der Materialquelle erreicht. Bei dichtem Abtragsmaterial an der Oberfläche kann das Problem der Verwendung des Abtragsmaterials am Damm durch eine Aufteilung des Dammmaterials gelöst werden. Daher ist es für die Planung des Abbau- und Verfüllungsgleichgewichts des Speicherbeckens äußerst wichtig, mithilfe effektiver Explorationsmethoden ein möglichst genaues geologisches Modell des oberen und unteren Speicherbeckens zu erstellen.
(5) Während des Stauseebetriebs kommt es häufig und stark zu plötzlichen Schwankungen des Wasserspiegels. Die Betriebsweise des Pumpspeicherkraftwerks beeinflusst die Stabilität des Stauseeufers erheblich, was höhere Anforderungen an die geologischen Bedingungen des Stauseeufers stellt. Werden die Anforderungen an den Stabilitätssicherheitsfaktor nicht erfüllt, muss die Böschungsneigung verringert oder die Stützkraft erhöht werden, was zu höheren Planungskosten führt.
(6) An die Gründung des gesamten Rückhaltebeckens des Pumpspeicherkraftwerks werden hinsichtlich Verformung, Entwässerung und Gleichmäßigkeit hohe Anforderungen gestellt. Insbesondere bei der Gründung des gesamten Rückhaltebeckens in Karstgebieten müssen Karsteinbrüche am Boden des Reservoirs, ungleichmäßige Verformungen der Gründung, Rückwärtsdrücken des Karstwassers, Karstunterdruck, Einsturz des Deckgebirges von Karstsenken und andere Probleme ausreichend beachtet werden.
(7) Aufgrund des großen Höhenunterschieds des Pumpspeicherkraftwerks stellt die reversible Anlage höhere Anforderungen an die Kontrolle des durch die Turbine strömenden Sedimentgehalts. Dabei ist auf den Schutz und die Entwässerung der festen Quelle der Rinne an der hinteren Kante des Abhangs am Ein- und Auslass sowie auf die Speicherung der Sedimente der Hochwassersaison zu achten.
(8) Pumpspeicherkraftwerke benötigen keine hohen Dämme und großen Staubecken. Die Dammhöhe und die manuell ausgehobenen Böschungen der meisten oberen und unteren Staubecken betragen nicht mehr als 150 m. Die ingenieurgeologischen Probleme des Dammfundaments und der hohen Böschungen sind weniger schwierig zu bewältigen als bei den hohen Dämmen und großen Staubecken konventioneller Kraftwerke.
3. Bedingungen für die Lagerbildung
Die oberen und unteren Reservoirs sollten über für das Aufstauen geeignete Geländebedingungen verfügen. Basierend auf der installierten Leistung von 1,2 Millionen Kilowatt und einer Nutzungszeit von sechs Stunden bei voller Stromerzeugung wird im Allgemeinen eine Förderhöhe von etwa 400 bis 500 m angenommen, d. h. die geregelte Speicherkapazität der oberen und unteren Pumpspeicherreservoirs beträgt etwa 6 bis 8 Millionen m³. Einige Pumpspeicherwerke haben von Natur aus einen „Bauch“. Durch Aufstauen lässt sich das Reservoir leicht vergrößern. In diesem Fall kann das Wasser durch Aufstauen aufgestaut werden. Manche Pumpspeicherwerke haben jedoch nur ein geringes natürliches Speichervolumen und müssen zur Schaffung des Speichervolumens ausgehoben werden. Dies bringt zwei Probleme mit sich: Zum einen sind die Erschließungskosten relativ hoch, zum anderen muss viel Speichervolumen ausgehoben werden, und die Energiespeicherkapazität des Kraftwerks sollte nicht zu groß sein.
Neben den Anforderungen an die Speicherkapazität sollten bei der Planung eines Pumpspeichers auch der Schutz vor Stausickerungen, der Ausgleich von Erd- und Felsaushub und -verfüllung sowie die Wahl des Staudammtyps berücksichtigt werden. Das Planungskonzept sollte durch einen umfassenden technischen und wirtschaftlichen Vergleich festgelegt werden. Generell gilt: Wenn ein Stausee durch Aufstauen und lokale Maßnahmen zur Verhinderung von Stausickerungen gebildet werden kann, sind die Bedingungen für die Stauseebildung relativ gut (siehe Abb. 2.3-1); wenn ein Becken durch umfangreiche Aushubarbeiten gebildet wird und ein vollständiger Stausee-Schutz angewendet wird, sind die Bedingungen für die Stauseebildung relativ gut (siehe Abb. 2.3-2 und 2.3-3).
Am Beispiel des Pumpspeicherkraftwerks Guangzhou mit seinen guten Bedingungen zur Reservoirbildung sind die Bedingungen für die Bildung des oberen und unteren Reservoirs relativ gut und das Reservoir kann durch Aufstauen gebildet werden. Das Fassungsvermögen des oberen Reservoirs beträgt 24,08 Millionen m3 und das des unteren Reservoirs 23,42 Millionen m3.
Das Pumpspeicherkraftwerk Tianhuangping dient als Beispiel. Der obere Stausee befindet sich in der Senke des Seitengrabens am linken Ufer des Daxi-Flusses und ist vom Hauptdamm, vier Nebendämmen, einem Zulauf-/Ablaufdamm und den Bergen umgeben. Der Hauptdamm befindet sich in der Senke am südlichen Ende des Stausees, die Nebendämme in den vier Durchgängen im Osten, Norden, Westen und Südwesten. Die Speicherbedingungen sind mittelmäßig, mit einer Gesamtspeicherkapazität von 9,12 Millionen Kubikmetern.
4. Wasserquellenbedingungen
Pumpspeicherkraftwerke unterscheiden sich von konventionellen Wasserkraftwerken dadurch, dass ein Becken mit klarem Wasser zwischen dem oberen und dem unteren Reservoir hin- und herfließt. Beim Pumpen wird das Wasser vom unteren in das obere Reservoir geleitet, und bei der Stromerzeugung wird das Wasser vom oberen in das untere Reservoir abgesenkt. Daher besteht das Wasserversorgungsproblem eines Pumpspeicherkraftwerks hauptsächlich darin, den anfänglichen Wasservorrat zu decken, d. h. das Wasser zunächst im Reservoir zu speichern und dann die im täglichen Betrieb durch Verdunstung und Leckagen reduzierte Wassermenge zu ergänzen. Die Pumpspeicherkapazität liegt in der Regel bei etwa 10 Millionen Kubikmetern, und der Bedarf an Wasservolumen ist nicht hoch. Die Wasserversorgungsbedingungen in Gebieten mit hohen Niederschlägen und dichten Flussnetzen stellen keine einschränkenden Bedingungen für den Bau von Pumpspeicherkraftwerken dar. In relativ trockenen Regionen wie dem Nordwesten Chinas sind die Wasserversorgungsbedingungen jedoch zu einem wichtigen Hemmfaktor geworden. An manchen Orten sind die topografischen und geologischen Voraussetzungen für den Bau von Pumpspeicherkraftwerken gegeben, doch im Umkreis von Dutzenden von Kilometern kann es sein, dass keine Wasserquelle zur Wasserspeicherung vorhanden ist.
3. Äußere Bedingungen
Der Kern der Einwanderungs- und Umweltprobleme besteht darin, sich mit der Frage der Inanspruchnahme öffentlicher Ressourcen und der Entschädigung auseinanderzusetzen. Es handelt sich um einen Prozess, der für alle Seiten von Vorteil ist.
1. Landerwerb und Umsiedlung für den Bau
Der Umfang des Landerwerbs für den Bau eines Pumpspeicherkraftwerks umfasst das Überflutungsgebiet des oberen und unteren Reservoirs sowie das Baugebiet des Wasserkraftwerks. Obwohl das Pumpspeicherkraftwerk über zwei Reservoirs verfügt, ist der Umfang des Landerwerbs für den Bau oft deutlich geringer als bei konventionellen Wasserkraftwerken, da die Reservoirs relativ klein sind und einige von ihnen natürliche Seen oder bestehende Reservoirs nutzen. Da die meisten Reservoirbecken ausgehoben werden, umfasst das Baugebiet des Wasserkraftwerks oft das Überflutungsgebiet des Reservoirs, sodass der Anteil des Wasserkraftwerks-Baugebiets am Umfang des Landerwerbs für den Bau des Projekts deutlich größer ist als bei konventionellen Wasserkraftwerken.
Zum Stauraumüberflutungsbereich zählen im Wesentlichen der Überflutungsbereich unterhalb des Normalspiegels des Stauraums sowie der Hochwasserrückstaubereich und der Stauraumeinflussbereich.
Das Baugebiet des Wasserkraftprojekts umfasst hauptsächlich die Gebäude des Wasserkraftprojekts und den Bereich für die dauerhafte Projektverwaltung. Das Baugebiet des Hub-Projekts wird je nach Zweck des jeweiligen Grundstücks in temporäre und permanente Flächen unterteilt. Das temporäre Land kann nach der Nutzung wieder seiner ursprünglichen Nutzung zugeführt werden.
Der Umfang des Baulanderwerbs wurde festgelegt. Die wichtige Folgearbeit besteht darin, die physischen Indikatoren des Baulanderwerbs zu untersuchen, um „sich selbst und andere kennenzulernen“. Im Rahmen des Baulanderwerbs geht es hauptsächlich darum, die Menge, Qualität, Eigentumsverhältnisse und andere Merkmale der Bevölkerung, des Landes, der Gebäude, Strukturen, kulturellen Relikte und historischen Stätten, Mineralvorkommen usw. zu untersuchen.
Bei der Entscheidungsfindung kommt es vor allem darauf an, ob bei der Landnahme für Bauzwecke wichtige sensible Faktoren eine Rolle spielen, wie etwa die Größe und Menge dauerhafter Ackerflächen, erstklassiger Wälder zum Wohle der Allgemeinheit, wichtiger Dörfer und Städte, bedeutender Kulturdenkmäler und historischer Stätten sowie Mineralvorkommen.
2. Ökologischer Umweltschutz
Beim Bau von Pumpspeicherkraftwerken muss der Grundsatz „Ökologischer Vorrang und grüne Entwicklung“ beachtet werden.
Die Vermeidung ökologisch sensibler Gebiete ist eine wichtige Voraussetzung für die Durchführbarkeit des Projekts. Ökologisch sensible Gebiete sind alle gesetzlich festgelegten Schutzgebiete aller Ebenen sowie Gebiete, die durch das Bauprojekt besonders empfindlich auf die Umwelteinwirkungen reagieren. Bei der Standortauswahl sollten ökologisch sensible Gebiete zuerst geprüft und vermieden werden. Dazu gehören vor allem ökologische Schutzzonen, Nationalparks, Naturschutzgebiete, Sehenswürdigkeiten, Weltkultur- und Naturerbestätten, Trinkwasserquellenschutzgebiete, Waldparks, geologische Parks, Feuchtgebiete und Schutzzonen für aquatische Keimplasmaressourcen. Darüber hinaus ist die Übereinstimmung und Koordination des Standorts mit relevanten Planungen wie Grundstücksflächen, städtischer und ländlicher Bebauung sowie „drei Linien und eine einzige“ zu analysieren.
Umweltschutzmaßnahmen sind wichtige Maßnahmen zur Reduzierung der Umweltbelastung. Sofern das Projekt keine ökologisch sensiblen Gebiete betrifft, ist es aus Sicht des Umweltschutzes grundsätzlich machbar. Der Bau des Projekts wird jedoch zwangsläufig Auswirkungen auf die Wasser-, Gas-, Schall- und ökologische Umwelt haben. Um die negativen Auswirkungen zu beseitigen oder zu mildern, sind gezielte Maßnahmen erforderlich, wie z. B. die Behandlung von Produktionsabwässern und häuslichem Abwasser sowie die Einleitung ökologischer Abwässer.
Landschaftsgestaltung ist ein wichtiger Schritt zur hochwertigen Entwicklung von Pump- und Speicherkraftwerken. Pump- und Speicherkraftwerke befinden sich in der Regel in ökologisch günstigen Berg- und Hügelgebieten. Nach Abschluss des Projekts werden zwei Reservoirs angelegt. Nach der ökologischen Sanierung und Landschaftsgestaltung können diese in Landschaftsbilder oder Touristenattraktionen integriert werden, um eine harmonische Entwicklung des Kraftwerks in die Umgebung zu erreichen. Die Umsetzung des Konzepts „Grünes Wasser und grüne Berge sind goldene Berge und silberne Berge“ ist entscheidend. So wurde beispielsweise das Pumpspeicherkraftwerk Changlongshan in Zhejiang in die zentrale Landschaftslandschaft der Provinz Tianhuangping – Jiangnan Tianchi aufgenommen, und das Pumpspeicherkraftwerk Qujiang wurde in die Schutzzone der dritten Stufe der Landschaftslandschaft Lankeshan-Wuxijiang aufgenommen.
4. Technisches Design
Die technische Planung eines Pumpspeicherkraftwerks umfasst hauptsächlich den Projektumfang, hydraulische Strukturen, die Planung der Bauorganisation, elektromechanische und Metallstrukturen usw.
1. Projektumfang
Der technische Maßstab des Pumpspeicherkraftwerks umfasst im Wesentlichen die installierte Leistung, die Anzahl der ununterbrochenen Vollstunden, den charakteristischen Hauptwasserstand des Reservoirs und weitere Parameter.
Bei der Auswahl der installierten Leistung und der Anzahl der ununterbrochenen Vollstunden des Pumpspeicherkraftwerks sollten Bedarf und Möglichkeiten berücksichtigt werden. Der Bedarf bezieht sich auf die Anforderungen des Stromnetzes und kann sich auf die Baubedingungen des Kraftwerks selbst beziehen. Die allgemeine Methode basiert auf der Analyse der funktionalen Positionierung verschiedener Stromsysteme für Pumpspeicherkraftwerke und der Anforderungen des Stromnetzes an die Anzahl der ununterbrochenen Vollstunden. Der Plan für die installierte Leistung und die Anzahl der ununterbrochenen Vollstunden wird sinnvoll erstellt. Die Auswahl der installierten Leistung und der Anzahl der ununterbrochenen Vollstunden erfolgt durch eine Stromerzeugungssimulation und einen umfassenden technischen und wirtschaftlichen Vergleich.
In der Praxis besteht eine einfache Methode zur anfänglichen Planung der installierten Leistung und der Volllaststunden darin, zunächst die Blockleistung anhand der Wassersäule und anschließend die gesamte installierte Leistung und die Volllaststunden anhand der natürlichen Speicherenergie des Pumpspeichers zu bestimmen. Derzeit sind im Bereich von 300 bis 500 Metern Wasserspiegelhöhe die Konstruktions- und Fertigungstechnologie für Blockanlagen mit einer Nennleistung von 300.000 Kilowatt ausgereift, die Betriebsbedingungen stabil und die Erfahrung in der Ingenieurpraxis am umfassendsten (deshalb liegt die installierte Leistung der meisten im Bau befindlichen Pumpspeicherkraftwerke unter Berücksichtigung der Anforderungen der dezentralen Auslegung in der Regel bei 300.000 Kilowatt, die meisten erreichen 1,2 Millionen Kilowatt). Nach der anfänglichen Auswahl der Blockleistung wird die natürliche Energiespeicherung des Pumpspeicherkraftwerks anhand der topografischen und geologischen Bedingungen des oberen und unteren Reservoirs sowie des Druckverlusts bei der Stromerzeugung und der Pumpbedingungen analysiert. Beispielsweise ergibt sich aus einer vorläufigen Analyse, dass bei einem durchschnittlichen Wasserstandsabfall zwischen dem oberen und unteren Reservoir eines Pumpspeicherkraftwerks von etwa 450 m eine Anlagenleistung von 300.000 Kilowatt angemessen ist. Die natürliche Speicherenergie der oberen und unteren Reservoirs beträgt etwa 6,6 Millionen Kilowattstunden, sodass vier Einheiten in Betracht gezogen werden können, d. h. die installierte Gesamtleistung beträgt 1,2 Millionen Kilowatt. Zusammen mit dem Bedarf des Stromnetzes und nach einer gewissen Erweiterung und Ausgrabung des Reservoirs entsprechend den natürlichen Bedingungen wird die gesamte gespeicherte Energie 7,2 Millionen Kilowattstunden erreichen, was einer kontinuierlichen vollen Stromerzeugung von 6 Stunden entspricht.
Der charakteristische Wasserstand des Reservoirs umfasst hauptsächlich den Normalwasserstand, den Totwasserstand und den Hochwasserstand. Im Allgemeinen wird der charakteristische Wasserstand dieser Reservoirs nach der Anzahl der ununterbrochenen vollen Stunden und der installierten Kapazität ausgewählt.
2. Wasserbauwerke
Vor uns ist der rauschende Fluss und hinter uns sind die strahlenden Lichter. So ist unser Leben: kämpfen und vorwärts rennen.
——Lied der Wasserbauunternehmer
Hydraulische Strukturen für Pumpspeicherkraftwerke umfassen im Allgemeinen ein Oberbecken, ein Unterbecken, ein Wasserleitungssystem, ein unterirdisches Kraftwerk und eine Schaltanlage. Der Schwerpunkt der Konstruktion der Ober- und Unterbecken liegt auf der Erzielung einer großen Speicherkapazität bei minimalem Konstruktionsaufwand. Die meisten Oberbecken werden durch eine Kombination aus Aushub und Staudamm errichtet, wobei es sich meist um Steinschüttdämme handelt. Je nach geologischen Bedingungen kann das Leckagerisiko des Pumpspeicherkraftwerks durch eine umfassende Staudamm- und eine umlaufende Staudamm-Schutzvorrichtung behoben werden. Als Sickerschutzmaterialien kommen Asphaltbetonplatten, Geomembranen, Tondecken usw. in Frage.
Schematische Darstellung eines Pumpspeicherkraftwerks
Wenn für das Reservoir eines Pumpspeicherkraftwerks ein Sickerschutz für das gesamte Reservoirbecken vorgesehen werden muss, sollten die Sickerschutzform des Damms und die Sickerschutzform des Reservoirbeckens als Ganzes betrachtet werden, um die gemeinsame Anwendung verschiedener Sickerschutzstrukturen so weit wie möglich zu vermeiden oder zu reduzieren und die Zuverlässigkeit zu verbessern. Das gesamte Reservoirbecken mit hoher Verfüllung dient dem Sickerschutz am Boden des Reservoirs. Die Sickerschutzstruktur am Boden des Reservoirs muss für große oder ungleichmäßige Verformungen durch hohe Verfüllung geeignet sein.
Die Wassersäule des Pumpspeicherkraftwerks ist hoch, und der von der Wasserkanalstruktur getragene Druck ist groß. Je nach Wassersäule, den geologischen Bedingungen des umgebenden Gesteins, der Größe des Gabelrohrs usw. können Stahlauskleidungen, Stahlbetonauskleidungen und andere Methoden angewendet werden.
Um die Hochwassersicherheit des Kraftwerks zu gewährleisten, müssen im Pumpspeicherkraftwerk darüber hinaus Hochwasserabflussbauwerke etc. errichtet werden, auf die hier nicht näher eingegangen wird.
3. Gestaltung der Bauorganisation
Zu den Hauptaufgaben der Planung der Bauorganisation eines Pumpspeicherkraftwerks gehören: Untersuchung der Baubedingungen des Projekts, Bauumleitung, Materialbeschaffungsplanung, Hauptbau des Projekts, Bautransport, Bau von Anlageneinrichtungen, allgemeine Bauplanung, allgemeiner Bauzeitplan (Bauzeit) usw.
Bei der Planung müssen die topografischen und geologischen Bedingungen des Stationsgeländes umfassend berücksichtigt werden. Die Baubedingungen müssen mit dem technischen Planungsplan kombiniert werden. Nach dem Prinzip der intensiven und wirtschaftlichen Landnutzung müssen zunächst der technische Bauplan, die Erdarbeiten und der allgemeine Bauplan erstellt werden, um die Inanspruchnahme von Ackerland zu minimieren und die Projektkosten zu senken.
Als bedeutendes Bauland genießt China weltweites Ansehen für sein Baumanagement und sein Bauniveau. In den letzten Jahren wurden im chinesischen Pumpspeicherwerk zahlreiche gewinnbringende Fortschritte in den Bereichen umweltfreundliches Bauen, Forschung und Entwicklung sowie Einsatz von Schlüsselausrüstung und intelligentes Bauen erzielt. Einige Bautechnologien haben internationales Niveau erreicht oder sogar weiterentwickelt. Dies spiegelt sich vor allem in der zunehmend ausgereiften Dammbautechnologie, den neuen Fortschritten im Hochdruck-Zweiwegerohrbau, der Vielzahl erfolgreicher Verfahren zum Ausheben und Stützen von Kavernengruppen für unterirdische Kraftwerke unter komplexen geologischen Bedingungen, der kontinuierlichen Innovation bei der Konstruktion von Schrägschächten, den bemerkenswerten Errungenschaften im mechanisierten und intelligenten Bauen und dem Durchbruch der Tunnelbohrmaschine im Tunnelbau wider.
4. Elektromechanische und metallische Struktur
In Pumpspeicherkraftwerken werden üblicherweise einstufige Mischstrom-Umkehrspeicher mit vertikaler Welle eingesetzt. China verfügt über die erforderliche hydraulische Kapazität für die Konstruktion und Herstellung von Pumpturbinen mit einer Fallhöhe von 700 m und einer Leistung von 400.000 Kilowatt pro Einheit sowie über die Konstruktion, Fertigung, Installation, Inbetriebnahme und Produktion zahlreicher Speicherkraftwerke mit einer Fallhöhe von 100 bis 700 m und einer Leistung von 400.000 Kilowatt oder weniger pro Einheit. Die im Bau befindlichen Pumpspeicherkraftwerke Dunhua in Jilin, Yangjiang in Guangdong und Changlongshan in Zhejiang haben alle eine Fallhöhe von über 650 m und gehören damit zu den weltweit führenden Kraftwerken. Das Pumpspeicherkraftwerk Tiantai in Zhejiang hat eine genehmigte Fallhöhe von 724 m und ist damit das weltweit höchste Pumpspeicherkraftwerk. Der Gesamtaufwand bei Konstruktion und Fertigung dieser Anlage ist weltweit führend. Bei der Entwicklung von Generatormotoren handelt es sich bei den großen Generatormotoren der in China errichteten und im Bau befindlichen Pumpspeicherkraftwerke um dreiphasige, voll luftgekühlte, umkehrbare Synchronmotoren mit vertikaler Welle. Es gibt zwei Einheiten des Pumpspeicherkraftwerks Changlongshan in Zhejiang mit einer Nenndrehzahl von 600 U/min und einer Nennleistung von 350.000 kW. Einige Einheiten des Pumpspeicherkraftwerks Yangjiang in Guangdong wurden mit einer Nenndrehzahl von 500 U/min und einer Nennleistung von 400.000 kW in Betrieb genommen. Die Gesamtproduktionskapazität von Generatormotoren hat weltweit höchstes Niveau erreicht. Darüber hinaus umfassen elektromechanische und Metallstrukturen auch Hydraulikmaschinen, Elektrotechnik, Steuerung und Schutz, Metallstrukturen und andere Aspekte, die hier nicht wiederholt werden.
Der Anlagenbau für Pumpspeicherkraftwerke in China entwickelt sich rasant in Richtung hoher Wasserdruckhöhe, großer Kapazität, hoher Zuverlässigkeit, großer Reichweite, variabler Geschwindigkeit und Lokalisierung.
5. Wirtschaftsindikatoren
Die Baubedingungen und externen Auswirkungen eines Pumpspeicherprojekts spiegeln sich nach der Festlegung des Projektkonzepts letztlich in einem Indikator wider: den statischen Investitionen pro Kilowatt des Projekts. Je geringer die statischen Investitionen pro Kilowatt, desto besser die Projektwirtschaftlichkeit.
Die individuellen Unterschiede bei den Baubedingungen von Pumpspeicherkraftwerken sind offensichtlich. Die statischen Investitionen pro Kilowatt hängen eng mit den Baubedingungen und der installierten Leistung des Projekts zusammen. Im Jahr 2021 genehmigte China elf Pumpspeicherkraftwerke mit einer durchschnittlichen statischen Investition von 5367 Yuan pro Kilowatt. 14 Projekte haben die Vormachbarkeitsstudie abgeschlossen, und die durchschnittliche statische Investition pro Kilowatt beträgt 5425 Yuan pro Kilowatt.
Vorläufigen Statistiken zufolge liegen die statischen Investitionen pro Kilowattstunde für große Pumpspeicherkraftwerke, die sich im Jahr 2022 in der Vorphase befinden, in der Regel zwischen 5.000 und 7.000 Yuan/Kilowatt. Aufgrund regional unterschiedlicher geologischer Bedingungen variiert die durchschnittliche Höhe der statischen Investitionen pro Kilowattstunde Pumpspeicherenergie in den verschiedenen Regionen stark. Generell sind die Baubedingungen für Kraftwerke in Süd-, Ost- und Zentralchina relativ gut, und die statischen Investitionen pro Kilowattstunde sind relativ niedrig. Aufgrund der schlechten ingenieurgeologischen Bedingungen und der schlechten Wasserversorgung sind die Stückkosten im Nordwesten Chinas im Vergleich zu anderen Regionen Chinas relativ hoch.
Bei Investitionsentscheidungen müssen wir uns auf die statischen Investitionen pro Kilowatt des Projekts konzentrieren. Wir können jedoch nicht nur über den Helden der statischen Investitionen pro Kilowatt sprechen, da dies sonst dazu führen kann, dass Unternehmen den Umfang blind erweitern. Dies spiegelt sich hauptsächlich in den folgenden Aspekten wider:
Zunächst muss die ursprünglich in der Planungsphase vorgeschlagene installierte Leistung erhöht werden. Diese Situation sollte dialektisch betrachtet werden. Nehmen wir als Beispiel ein Projekt mit einer geplanten installierten Leistung von 1,2 Millionen Kilowatt zu Beginn der Planungsphase, dessen Anlagenkomplex aus vier 300.000-Kilowatt-Anlagen besteht. Wenn die Wassersäule angemessen ist und der technologische Fortschritt die Voraussetzungen für die Auswahl einer Einzelanlage mit 350.000 kW bietet, können nach einem umfassenden technischen und wirtschaftlichen Vergleich 1,4 Millionen Kilowatt als repräsentatives Konzept in der Vormachbarkeitsphase empfohlen werden. Wenn jedoch die ursprünglich geplanten vier 300.000-kW-Anlagen nun um zwei auf sechs 300.000-kW-Anlagen erhöht werden, d. h. die installierte Leistung des Kraftwerks von 1,2 Mio. kW auf 1,8 Mio. kW steigt, wird allgemein angenommen, dass diese Änderung die funktionale Ausrichtung des Projekts verändert und die Einhaltung der Planungsvorschriften, die Anforderungen des Stromnetzes, die Baubedingungen und weitere Faktoren umfassend berücksichtigt werden müssen. Die Erhöhung der Anlagenanzahl sollte im Rahmen der Planungsanpassung erfolgen.
Die zweite Möglichkeit besteht darin, die Vollnutzungsstunden zu reduzieren. Vergleicht man Pumpspeicherenergie mit einer Ladebank, so dient die installierte Leistung als Ausgangsleistung und die Vollnutzungsstunden geben an, wie lange die Ladebank genutzt werden kann. Bei Pumpspeicherkraftwerken lassen sich Vollnutzungsstunden und installierte Leistung bei gleicher gespeicherter Energie umfassend vergleichen. Derzeit wird je nach Bedarf des Stromsystems eine tägliche geregelte Vollnutzungsdauer von 6 Stunden für Pumpspeicherkraftwerke angenommen. Bei guten Baubedingungen des Kraftwerks ist eine entsprechende Erhöhung der Vollnutzungsstunden der Anlage kostengünstig möglich. Bei gleicher statischer Investition pro Kilowatt kann das Kraftwerk mit höheren Vollnutzungsstunden eine größere Rolle im System spielen. Es gibt jedoch auch Überlegungen, die installierte Leistung deutlich zu erhöhen (1,2 Mio. kW → 1,8 Mio. kW) und die Vollnutzungsstunden zu reduzieren (6 h → 4 h). Auf diese Weise können zwar die statischen Investitionen pro Kilowatt erheblich reduziert werden, die kurze Nutzungszeit des Systems kann jedoch den Systembedarf nicht decken und seine Rolle im Stromnetz wird ebenfalls stark reduziert.
Beitragszeit: 08.03.2023
