Ich habe einen Freund, der mitten im Leben steht und kerngesund ist. Obwohl ich schon seit Tagen nichts von dir gehört habe, gehe ich davon aus, dass es ihm gut geht. Heute bin ich ihm zufällig begegnet, aber er sah sehr mitgenommen aus. Ich machte mir große Sorgen um ihn und ging zu ihm, um nachzufragen.
Er seufzte und sagte langsam: „Ich bin seit Kurzem in ein Mädchen verliebt.“ Man kann sagen, dass „schöne Lächeln und schöne Augen“ mein Herz berühren. Doch meine Eltern zu Hause sind noch in der Schule und haben Zweifel, weshalb sie schon lange nicht eingestellt wurden. „Mein Gürtel wird immer breiter, und ich werde es nicht bereuen, und ich werde für den Irak abgemagert sein“, was mich heute so fühlen lässt. Ich wusste schon immer, dass du viel Wissen hast. Nun, da ihr euch heute treffen sollt, möchte ich dich bitten, dem Team zu helfen. Wenn das Schicksal es so will, werden die beiden Nachnamen, da sie sich getroffen haben, heiraten und einen Vertrag in einem Haus schließen. Die gute Beziehung wird niemals enden, da sie denselben Namen tragen. Mit dem Versprechen des weißen Kopfes schreibe Hongjian, damit die Allianz der roten Blätter im Mandarinbaum aufgezeichnet werden kann. Sollte es zu Unstimmigkeiten kommen, sollten wir „den Streit beilegen und den Knoten lösen, geschweige denn einander hassen; einer trennt sich, der andere vergibt, und beide sind glücklich.“ Übrigens hat dieses Mädchen einen Doppelnamen für das Pumpen von Wasser und einen weiteren für die Speicherung von Energie.
Nachdem ich das gehört habe, bin ich überhaupt nicht verärgert. Es war eindeutig Ihr Vorgesetzter, der Sie gebeten hat, den Investitionswert des Pumpspeicherkraftwerks zu beurteilen, und Sie sagten, es sei so originell und durchdacht. „Eine gute Ehe entsteht durch die Natur, und ein gutes Paar entsteht durch die Natur.“ Zu Gefühlen möchte ich nichts sagen. Aber was Pumpspeicherkraftwerke angeht, habe ich gerade einen erfahrenen Experten nach dem Bewertungssystem der „fünfdimensionalen Integration“ gefragt, das nach der Baupraxis von über 100 Pumpspeicherkraftwerken angewendet wird. Es umfasst die geografische Lage, die Baubedingungen, die äußeren Bedingungen, die technische Planung und wirtschaftliche Kennzahlen. Wenn Sie möchten, können Sie sich das gerne anhören.
1. Geografische Lage
In der Immobilienbranche gibt es ein altes Sprichwort: „Lage, Lage, Lage“ heißt „Lage, Lage oder Lage“. Dieses berühmte Wall-Street-Sprichwort erlangte weite Verbreitung, nachdem es von Li Ka-shing zitiert wurde.
Bei der umfassenden Bewertung von Pumpspeicherkraftwerken spielt der geografische Standort eine zentrale Rolle. Pumpspeicherkraftwerke dienen primär der Stromversorgung oder dem Aufbau großer Anlagen zur Erzeugung neuer Energien. Daher sind für die geografische Lage von Pumpspeicherkraftwerken im Wesentlichen zwei Aspekte entscheidend: die Nähe zum Lastzentrum und die Nähe zum Standort der Anlage zur Erzeugung neuer Energien.
Derzeit befinden sich die meisten in China errichteten oder im Bau befindlichen Pumpspeicherkraftwerke im Lastzentrum des jeweiligen Stromnetzes. Beispielsweise liegt das Pumpspeicherkraftwerk Guangzhou (2,4 Millionen Kilowatt) 90 Kilometer von Guangzhou entfernt, das Pumpspeicherkraftwerk Ming-Gräber (0,8 Millionen Kilowatt) 40 Kilometer von Peking, das Pumpspeicherkraftwerk Tianhuangping (1,8 Millionen Kilowatt) 57 Kilometer von Hangzhou entfernt und das Pumpspeicherkraftwerk Shenzhen (1,2 Millionen Kilowatt) befindet sich im Stadtgebiet von Shenzhen.
Um dem Bedarf des rasanten Ausbaus neuer Energien gerecht zu werden, können im Umfeld der integrierten Wasser- und Landschaftsentwicklung sowie des Aufbaus neuer Energiezentren in der Wüste und der Gobi weitere Pumpspeicherkraftwerke in der Nähe dieser Zentren geplant werden. Beispielsweise dienen die derzeit in Xinjiang, Gansu, Shaanxi, der Inneren Mongolei, Shanxi und anderen Regionen geplanten Pumpspeicherkraftwerke neben der Versorgung des lokalen Stromnetzes vor allem der Versorgung der Energiezentren.
Der erste Schritt bei der umfassenden Bewertung von Pumpspeicherkraftwerken ist die Ermittlung ihres Ursprungs. Generell sollte die Pumpspeicherung dem Prinzip der dezentralen Verteilung folgen, wobei der Schwerpunkt auf der Verteilung in der Nähe von Lastzentren und Gebieten mit hoher Energiedichte liegt. Darüber hinaus sollte Gebieten ohne Pumpspeicherkraftwerke bei guten Ressourcenbedingungen ebenfalls Priorität eingeräumt werden.
2. Baubedingungen
1. Topographische Gegebenheiten
Die Analyse der topografischen Gegebenheiten umfasst im Wesentlichen die Fallhöhe, das Verhältnis von Entfernung zu Höhe und das natürliche effektive Speichervolumen der oberen und unteren Speicherbecken. Die in Pumpspeicherkraftwerken gespeicherte Energie entspricht im Wesentlichen der potenziellen Energie des Wassers, also dem Produkt aus Höhenunterschied und Erdbeschleunigung im Speicherbecken. Um dieselbe Energiemenge zu speichern, muss entweder der Höhenunterschied zwischen den oberen und unteren Speicherbecken erhöht oder das regulierte Speichervolumen der oberen und unteren Speicherbecken des Pumpspeicherkraftwerks gesteigert werden.
Unter den gegebenen Bedingungen ist ein größerer Höhenunterschied zwischen Ober- und Unterbecken vorteilhaft. Dadurch können die Größe der Becken, der Anlage und der elektromechanischen Ausrüstung reduziert und die Projektinvestitionen gesenkt werden. Allerdings erschwert ein zu großer Höhenunterschied die Fertigung von Pumpspeicherkraftwerken aufgrund des aktuellen Fertigungsstands. Daher gilt: Je größer der Höhenunterschied, desto besser. Erfahrungsgemäß liegt der übliche Höhenunterschied zwischen 400 und 700 m. Beispielsweise beträgt die Nennfallhöhe des Pumpspeicherkraftwerks Ming-Gräber 430 m, die des Pumpspeicherkraftwerks Xianju 447 m, die des Pumpspeicherkraftwerks Tianchi 510 m, die des Pumpspeicherkraftwerks Tianhuangping 526 m, die des Pumpspeicherkraftwerks Xilongchi 640 m und die des Pumpspeicherkraftwerks Dunhua 655 m. Das Pumpspeicherkraftwerk Changlongshan verfügt derzeit über die höchste in China gebaute Förderhöhe von 710 m; die höchste Förderhöhe aller im Bau befindlichen Pumpspeicherkraftwerke weist das Pumpspeicherkraftwerk Tiantai mit einer Nennförderhöhe von 724 m auf.
Das Verhältnis von Raumtiefe zu Höhenunterschied zwischen dem oberen und unteren Speicherbecken ist im Allgemeinen vorteilhaft. Ein möglichst kleiner Wert reduziert den Aufwand für die Wasserversorgung und spart somit Investitionskosten. Erfahrungsgemäß kann ein zu geringes Verhältnis jedoch Probleme wie Schwierigkeiten bei der Anlagenplanung oder bei steilen Hängen verursachen. Daher empfiehlt sich ein Verhältnis zwischen 2 und 10. Beispielsweise beträgt das Verhältnis beim Pumpspeicherkraftwerk Changlongshan 3,1 und beim Pumpspeicherkraftwerk Huizhou 8,3.
Bei relativ offenem Gelände im oberen und unteren Einzugsgebiet eines Stausees kann der Energiespeicherbedarf auf kleinem Raum gedeckt werden. Andernfalls ist eine Vergrößerung des Einzugsgebiets oder eine Anpassung des Speichervolumens durch Aufschüttung und Aushub erforderlich, was den Flächenbedarf und den Bauaufwand erhöht. Für Pumpspeicherkraftwerke mit einer installierten Leistung von 1,2 Millionen Kilowatt und einer Volllastzeit von 6 Stunden beträgt der Speicherbedarf zur Regelung der Stromerzeugung bei Fallhöhen von 400 m, 500 m bzw. 600 m etwa 8 Millionen m³, 7 Millionen m³ bzw. 6 Millionen m³. Dabei müssen auch Totraumvolumen, Verlustrückhaltevermögen und weitere Faktoren berücksichtigt werden, um das Gesamtspeichervolumen des Stausees zu bestimmen. Um den Speicherbedarf zu decken, ist eine Aufschüttung oder Erweiterung des Stausees in Kombination mit dem natürlichen Gelände erforderlich.
Zudem ist das Einzugsgebiet des oberen Stausees im Allgemeinen klein, und der Hochwasserschutz des Projekts kann durch eine entsprechende Erhöhung der Staudammhöhe gewährleistet werden. Daher ist das enge Tal am Auslauf des oberen Stauseebeckens ein idealer Standort für den Staudammbau, wodurch die benötigte Aufschüttungsmenge deutlich reduziert werden kann.
2. Geologische Bedingungen
Nur die grünen Berge wirken wie Mauern, wenn sie auf die Sechs Dynastien hinweisen.
——Yuan Sadurah
Zu den geologischen Bedingungen zählen vor allem die regionale Strukturstabilität, die ingenieurgeologischen Bedingungen des oberen und unteren Speichers sowie deren Verbindungsbereiche, die ingenieurgeologischen Bedingungen des Wassertransport- und Stromerzeugungssystems und die natürlichen Baumaterialien.
Die Stütz- und Abflussbauwerke des Pumpspeicherkraftwerks sollten aktive Verwerfungen meiden, und im Speicherbecken sollten keine größeren Erdrutsche, Einstürze, Murgänge oder andere geologische Gefahren auftreten. Die unterirdischen Kraftwerkskavernen sollten von schwachem oder brüchigem Gestein ferngehalten werden. Lassen sich diese Bedingungen durch die Planung nicht vermeiden, schränken die geologischen Gegebenheiten den Bau des Pumpspeicherkraftwerks ein.
Selbst wenn das Pumpspeicherkraftwerk die oben genannten Einschränkungen umgeht, beeinflussen die geologischen Gegebenheiten die Projektkosten erheblich. Generell gilt: Je seltener Erdbeben im Projektgebiet auftreten und je härter das Gestein ist, desto eher lassen sich die Baukosten von Pumpspeicherkraftwerken senken.
Ausgehend von den Eigenschaften der Gebäude und den Betriebsmerkmalen des Pumpspeicherkraftwerks lassen sich die wichtigsten ingenieurgeologischen Probleme wie folgt zusammenfassen:
(1) Im Vergleich zu konventionellen Kraftwerken bieten Pumpspeicherkraftwerke mehr Spielraum für die Standortwahl von Kraftwerk und Speicherbecken. Standorte mit ungünstigen geologischen Bedingungen oder hohem technischem Aufwand können durch geologische Untersuchungen im Rahmen der Standortanalyse und Kraftwerksplanung ausgeschlossen werden. Die geologische Erkundung spielt in dieser Phase eine besonders wichtige Rolle.
Die Wunder der Welt liegen jedoch oft in Gefahr und Ferne, und was die Menschen am seltensten finden, ist für jeden, der es wirklich will, unmöglich, sie zu erreichen.
——Song-Dynastie, Wang Anshi
Untersuchung des oberen Dammstandorts des Pumpspeicherkraftwerks Shitai in der Provinz Anhui
(2) Es gibt zahlreiche unterirdische Kavernen, lange Tunnelabschnitte mit hohem Druck, hohem Wasserdruck im Inneren, großer Überdeckung und großem Umfang. Daher ist es notwendig, die Stabilität des umgebenden Gesteins umfassend nachzuweisen und das Ausbruchverfahren, die Art der Stützung und Auskleidung sowie den Umfang und die Tiefe des Tunnelgesteins festzulegen.
(3) Da das Speichervolumen von Pumpspeicherkraftwerken in der Regel gering und die Pumpkosten während des Betriebs hoch sind, muss die Leckagemenge des oberen Speichers streng kontrolliert werden. Der obere Speicher befindet sich meist auf einem Berggipfel und ist in der Regel von tiefer gelegenen Tälern umgeben. Um die günstigen Geländebedingungen zu nutzen, werden zahlreiche Pumpstationen in Gebieten mit negativer Karstlandschaft errichtet. Leckagen aus angrenzenden Tälern und Karstgebieten treten relativ häufig auf und erfordern besondere Aufmerksamkeit sowie eine sorgfältige Überwachung der Bauqualität.
(4) Die Verteilung der für die Dammauffüllung verwendeten Materialien im Stauseebecken des Pumpspeicherkraftwerks ist entscheidend für die Bestimmung der Materialausnutzung. Wenn die Materialreserven im Aushubbereich des Stauseebeckens oberhalb des Totwasserspiegels den Bedarf für die Dammauffüllung decken und kein Oberflächenabtrag vorhanden ist, ist das optimale Gleichgewicht zwischen Aushub und Auffüllung erreicht. Bei mächtigen Oberflächenabtragschichten kann das Problem der Materialverwendung für den Damm durch eine Aufteilung des Dammmaterials gelöst werden. Daher ist es für die Planung des Aushub-Auffüllungs-Gleichgewichts im Stauseebecken von großer Bedeutung, mithilfe effektiver Erkundungsmethoden ein möglichst genaues geologisches Modell des Ober- und Unterbeckens zu erstellen.
(5) Im Betrieb des Stausees kommt es häufig zu plötzlichen und starken Wasserstandsschwankungen. Der Betriebsmodus des Pumpspeicherkraftwerks hat einen großen Einfluss auf die Stabilität des Uferhangs und stellt daher höhere Anforderungen an die geologischen Gegebenheiten des Uferhangs. Werden die Anforderungen an den Stabilitätssicherheitsfaktor nicht erfüllt, muss das Böschungsverhältnis verringert oder die Stützkraft erhöht werden, was zu höheren Baukosten führt.
(6) An die Gründung des gesamten Entwässerungsbeckens des Pumpspeicherkraftwerks werden hohe Anforderungen an Verformung, Entwässerung und Gleichmäßigkeit gestellt. Insbesondere bei der Gründung des gesamten Entwässerungsbeckens in Karstgebieten müssen Karstsenkungen am Beckenboden, ungleichmäßige Verformungen des Fundaments, Rückstau von Karstwasser, Karstunterdruck, Einstürze der Deckschicht von Karstsenken und andere Probleme besonders beachtet werden.
(7) Aufgrund des großen Höhenunterschieds des Pumpspeicherkraftwerks gelten für die reversible Turbine höhere Anforderungen an die Kontrolle des durch die Turbine fließenden Sedimentgehalts. Besondere Aufmerksamkeit gilt dem Schutz und der Entwässerung der Feststoffquellen in den Erosionsrinnen am hinteren Hangrand des Ein- und Auslaufs sowie der Speicherung der während der Hochwassersaison anfallenden Sedimente.
(8) Pumpspeicherkraftwerke errichten keine hohen Dämme und großen Stauseen. Die Dammhöhe und die manuell ausgehobenen Böschungen der meisten Ober- und Unterbecken betragen maximal 150 m. Die ingenieurgeologischen Herausforderungen des Dammfundaments und der steilen Böschungen sind weniger schwierig zu bewältigen als die hohen Dämme und großen Stauseen konventioneller Kraftwerke.
3. Lagerbildungsbedingungen
Die oberen und unteren Speicherbecken sollten über geeignete Geländebedingungen für eine Aufstauung verfügen. Im Allgemeinen wird bei einer installierten Leistung von 1,2 Millionen Kilowatt und einer Volllastbetriebsdauer von 6 Stunden eine Nutzungshöhe von etwa 400 bis 500 m angenommen. Das bedeutet ein geregeltes Speichervolumen der oberen und unteren Speicherbecken des Pumpspeicherkraftwerks von etwa 6 bis 8 Millionen Kubikmetern. Einige Pumpspeicherkraftwerke weisen von Natur aus eine Mulde auf. In diesem Fall lässt sich das Speichervolumen leicht durch Aufstauung erhöhen. Andere Pumpspeicherkraftwerke hingegen verfügen nur über ein geringes natürliches Speichervolumen und müssen ausgehoben werden, um Speicherkapazität zu schaffen. Dies führt zu zwei Problemen: Zum einen entstehen relativ hohe Entwicklungskosten, zum anderen muss das Speichervolumen in großem Umfang ausgehoben werden, wobei das Speichervolumen des Kraftwerks nicht zu groß sein sollte.
Neben den Anforderungen an die Speicherkapazität müssen bei der Planung eines Pumpspeicherkraftwerks auch Maßnahmen zur Verhinderung von Sickerwasser, zum Ausgleich von Erd- und Gesteinsaushub und -aufschüttung sowie zur Wahl des Dammtyps berücksichtigt werden. Das optimale Entwurfskonzept wird durch einen umfassenden technischen und wirtschaftlichen Vergleich ermittelt. Generell gilt: Lässt sich ein Stausee durch Aufstauung bilden und wird lokales Sickerwasser verhindert, sind die Voraussetzungen für die Stauseebildung relativ günstig (siehe Abb. 2.3-1). Wird hingegen ein Becken durch großflächigen Aushub geschaffen und ein vollständiger Damm gegen Sickerwasserbildung eingesetzt, sind die Voraussetzungen für die Stauseebildung weniger komplex (siehe Abb. 2.3-2 und 2.3-3).
Nehmen wir das Pumpspeicherkraftwerk Guangzhou als Beispiel, bei dem gute Bedingungen für die Bildung eines Stausees vorliegen: Die Bedingungen für die Bildung des oberen und unteren Stausees sind relativ gut, und der Stausee kann durch Aufstauung gebildet werden. Das obere Stauseevolumen beträgt 24,08 Millionen m³ und das untere Stauseevolumen 23,42 Millionen m³.
Als Beispiel dient das Pumpspeicherkraftwerk Tianhuangping. Der obere Stausee befindet sich in der Quellmulde eines Nebenarms am linken Ufer des Daxi-Flusses und ist vom Hauptdamm, vier Nebendämmen, dem Ein- und Auslauf sowie den umliegenden Bergen umgeben. Der Hauptdamm liegt in der Senke am südlichen Ende des Stausees, die Nebendämme befinden sich in den vier Zufahrten im Osten, Norden, Westen und Südwesten. Der Stausee hat ein mittleres Speichervolumen von 9,12 Millionen m³.
4. Bedingungen der Wasserquelle
Pumpspeicherkraftwerke unterscheiden sich von konventionellen Wasserkraftwerken dadurch, dass ein Becken mit klarem Wasser zwischen einem oberen und einem unteren Speicherbecken hin und her gepumpt wird. Beim Pumpen wird Wasser vom unteren in das obere Speicherbecken gepumpt, bei der Stromerzeugung hingegen vom oberen in das untere. Die Wasserversorgung von Pumpspeicherkraftwerken besteht daher hauptsächlich darin, den anfänglichen Wasservorrat im Speicherbecken zu sichern und den durch Verdunstung und Leckagen im täglichen Betrieb entstehenden Wasserverlust auszugleichen. Die Speicherkapazität von Pumpspeicherkraftwerken liegt üblicherweise bei etwa 10 Millionen m³, die Anforderungen an das Wasservolumen sind also nicht hoch. In Gebieten mit hohen Niederschlägen und einem dichten Flussnetz stellen die Wasserversorgungsbedingungen keine Einschränkung für den Bau von Pumpspeicherkraftwerken dar. In relativ trockenen Regionen wie dem Nordwesten Nigerias hingegen sind die Wasserversorgungsbedingungen zu einem wichtigen Faktor geworden. An manchen Orten sind die topographischen und geologischen Voraussetzungen für den Bau von Pumpspeicherkraftwerken gegeben, aber es kann vorkommen, dass es über Dutzende von Kilometern keine Wasserquelle für die Wasserspeicherung gibt.
3. Äußere Bedingungen
Im Kern geht es bei Einwanderungs- und Umweltfragen um die Frage der Inanspruchnahme öffentlicher Ressourcen und deren Entschädigung. Es ist ein Prozess, von dem alle profitieren.
1. Landerwerb und Umsiedlung für Bauzwecke
Der Flächenbedarf für den Bau eines Pumpspeicherkraftwerks umfasst die Überflutungsflächen der oberen und unteren Speicherbecken sowie das Baugebiet des Wasserkraftwerks. Obwohl Pumpspeicherkraftwerke über zwei Speicherbecken verfügen, ist der Flächenbedarf aufgrund deren relativ geringer Größe – teilweise werden natürliche Seen oder bestehende Stauseen genutzt – oft deutlich kleiner als bei konventionellen Wasserkraftwerken. Da die meisten Speicherbecken ausgehoben werden, umfasst das Baugebiet des Wasserkraftwerks häufig auch die Überflutungsflächen der Speicherbecken. Daher ist der Anteil des Wasserkraftwerks am Flächenbedarf für den Bau des Wasserkraftwerks deutlich größer als bei konventionellen Wasserkraftwerken.
Das Überflutungsgebiet des Stausees umfasst hauptsächlich das Überflutungsgebiet unterhalb des normalen Stauspiegels sowie das Rückstaugebiet und das vom Stausee betroffene Gebiet.
Das Baugebiet des Wasserkraftprojekts umfasst im Wesentlichen die Projektgebäude und den Bereich für die dauerhafte Projektverwaltung. Die Baufläche des Hub-Projekts wird je nach Zweck der einzelnen Parzellen in temporäre und permanente Bereiche unterteilt. Die temporären Flächen können nach ihrer Nutzung wieder ihrem ursprünglichen Zweck zugeführt werden.
Der Umfang der für Bauvorhaben benötigten Grundstücke wurde festgelegt. Die wichtigste Folgeaufgabe besteht nun darin, die physischen Indikatoren der Grundstücksbeschaffung zu untersuchen, um „sich selbst und andere besser zu kennen“. Dabei geht es vor allem um die Untersuchung von Menge, Qualität, Eigentumsverhältnissen und anderen Merkmalen der Bevölkerung, des Landes, der Gebäude, Bauwerke, Kulturdenkmäler und historischen Stätten, der Bodenschätze usw. innerhalb des für Bauvorhaben benötigten Gebiets.
Bei der Entscheidungsfindung kommt es vor allem darauf an, ob die Landbeschaffung für Bauvorhaben wichtige sensible Faktoren betrifft, wie etwa den Umfang und die Menge an dauerhaftem Ackerland, erstklassigen öffentlichen Wohlfahrtswäldern, wichtigen Dörfern und Städten, bedeutenden Kulturdenkmälern und historischen Stätten sowie Mineralvorkommen.
2. Ökologischer Umweltschutz
Beim Bau von Pumpspeicherkraftwerken muss dem Grundsatz der „ökologischen Priorität und grünen Entwicklung“ Rechnung getragen werden.
Die Vermeidung ökologisch sensibler Gebiete ist eine wichtige Voraussetzung für die Realisierbarkeit des Projekts. Ökologisch sensible Gebiete umfassen alle Arten von Schutzgebieten auf allen Ebenen, die gesetzlich ausgewiesen sind, sowie Gebiete, die besonders empfindlich auf die Umweltauswirkungen des Bauvorhabens reagieren. Bei der Standortwahl sollten ökologisch sensible Gebiete vorrangig geprüft und vermieden werden. Dazu gehören insbesondere ökologische Schutzzonen, Nationalparks, Naturschutzgebiete, Landschaftsschutzgebiete, Welterbestätten, Trinkwasserschutzgebiete, Waldparks, Geoparks, Feuchtgebiete, Schutzzonen für aquatische Genressourcen usw. Darüber hinaus ist es notwendig, die Vereinbarkeit und Abstimmung des Standorts mit relevanten Planungsanforderungen wie Flächennutzungsplanung, Stadt- und Landentwicklung sowie die Einhaltung der „drei Linien und eine Einheit“ zu analysieren.
Umweltschutzmaßnahmen sind wichtige Schritte zur Reduzierung der Umweltbelastung. Sofern das Projekt keine ökologisch sensiblen Gebiete betrifft, ist es aus Umweltschutzsicht grundsätzlich realisierbar. Der Bau des Projekts wird jedoch unweigerlich Auswirkungen auf Wasser, Luft, Lärm und die Ökosysteme haben. Daher sind gezielte Maßnahmen erforderlich, um die negativen Auswirkungen zu beseitigen oder abzumildern, wie beispielsweise die Aufbereitung von Produktions- und Haushaltsabwässern sowie die Einleitung von Abwässern aus ökologischen Quellen.
Landschaftsgestaltung ist ein wichtiger Faktor für die qualitativ hochwertige Entwicklung von Pumpspeicherkraftwerken. Diese Kraftwerke befinden sich in der Regel in bergigen und hügeligen Gebieten mit intaktem Ökosystem. Nach Abschluss des Projekts entstehen zwei Stauseen. Durch ökologische Sanierung und Landschaftsgestaltung können diese in Landschaftsschutzgebiete oder touristische Attraktionen integriert werden, um eine harmonische Entwicklung von Kraftwerk und Umwelt zu gewährleisten. Dies entspricht dem Konzept „Grünes Wasser und grüne Berge ergeben goldene und silberne Berge“. Beispielsweise wurde das Pumpspeicherkraftwerk Changlongshan in der Provinz Zhejiang in den Kernbereich des Landschaftsschutzgebiets Tianhuangping – Jiangnan Tianchi aufgenommen, und das Pumpspeicherkraftwerk Qujiang wurde in die Schutzzone dritter Stufe des Landschaftsschutzgebiets Lankeshan-Wuxijiang aufgenommen.
4. Technisches Design
Die ingenieurtechnische Planung eines Pumpspeicherkraftwerks umfasst im Wesentlichen die Projektplanung, hydraulische Bauwerke, die Bauorganisation, elektromechanische und metallische Konstruktionen usw.
1. Projektumfang
Die technische Dimensionierung des Pumpspeicherkraftwerks umfasst im Wesentlichen die installierte Leistung, die Anzahl der kontinuierlichen Volllaststunden, den charakteristischen Wasserstand des Speichers und weitere Parameter.
Bei der Auswahl der installierten Leistung und der Anzahl der Volllaststunden eines Pumpspeicherkraftwerks sind sowohl Bedarf als auch Machbarkeit zu berücksichtigen. Der Bedarf bezieht sich auf die Anforderungen des Stromnetzes und kann sich auf die baulichen Gegebenheiten des Kraftwerks selbst beziehen. Das allgemeine Verfahren basiert auf der Analyse der funktionalen Positionierung verschiedener Stromnetze für Pumpspeicherkraftwerke und der Anforderungen des Stromnetzes an die Anzahl der Volllaststunden. Darauf aufbauend wird ein Plan für die installierte Leistung und die Anzahl der Volllaststunden erstellt. Die Auswahl der installierten Leistung und der Volllaststunden erfolgt durch eine Stromerzeugungssimulation und einen umfassenden technisch-wirtschaftlichen Vergleich.
In der Praxis besteht eine einfache Methode zur ersten Planung der installierten Leistung und der vollen Betriebsstunden darin, zunächst die Einzelkapazität anhand der Fallhöhe zu bestimmen und anschließend die gesamte installierte Leistung und die vollen Betriebsstunden anhand der natürlichen Speicherkapazität des Pumpspeicherkraftwerks zu ermitteln. Im Bereich von 300 m bis 500 m Fallhöhe ist die Konstruktions- und Fertigungstechnologie für Einheiten mit einer Nennleistung von 300.000 Kilowatt ausgereift, die Betriebsbedingungen sind stabil und es liegen die umfangreichsten praktischen Erfahrungen vor (daher beträgt die installierte Leistung der meisten im Bau befindlichen Pumpspeicherkraftwerke in der Regel 300.000 Kilowatt, wobei die Anforderungen an eine dezentrale Anordnung berücksichtigt werden und die Mehrheit letztendlich 1,2 Millionen Kilowatt beträgt). Nach der ersten Auswahl der Einzelkapazität wird die natürliche Speicherkapazität des Pumpspeicherkraftwerks auf der Grundlage der topografischen und geologischen Gegebenheiten der oberen und unteren Speicherbecken sowie der Druckverluste bei der Stromerzeugung und den Pumpbedingungen analysiert. Beispielsweise ergibt eine Voranalyse, dass bei einem durchschnittlichen Wasserspiegelunterschied von etwa 450 m zwischen dem oberen und unteren Speicherbecken eines Pumpspeicherkraftwerks eine Anlagenkapazität von 300.000 Kilowatt angemessen ist. Die natürliche Speicherkapazität der Speicherbecken beträgt etwa 6,6 Millionen Kilowattstunden, sodass vier Anlagen in Betracht gezogen werden können, was einer installierten Gesamtleistung von 1,2 Millionen Kilowatt entspricht. Unter Berücksichtigung des Strombedarfs und nach einer Erweiterung und Aushebung des Speicherbeckens gemäß den natürlichen Gegebenheiten erreicht die Gesamtspeicherkapazität 7,2 Millionen Kilowattstunden, was einer kontinuierlichen Volllaststromerzeugung von 6 Stunden entspricht.
Der charakteristische Wasserstand eines Stausees umfasst im Wesentlichen den Normalwasserstand, den Stillwasserstand und den Hochwasserstand. Im Allgemeinen wird der charakteristische Wasserstand dieser Stauseen nach der Anzahl der kontinuierlichen Vollstaustunden und der installierten Kapazität festgelegt.
2. Wasserbauwerke
Vor uns fließt der Fluss dahin, hinter uns leuchten die Lichter. So ist unser Leben: ein ständiger Kampf, ein unaufhaltsamer Vorwärtsdrang.
— Lied der Wasserbauarbeiter
Hydraulische Bauwerke für Pumpspeicherkraftwerke umfassen im Allgemeinen ein Ober- und ein Unterbecken, ein Wasserleitungssystem, ein unterirdisches Kraftwerk und eine Schaltanlage. Das Hauptziel bei der Planung der Ober- und Unterbecken ist die Erzielung einer hohen Speicherkapazität bei minimalen Baukosten. Die meisten Oberbecken werden durch eine Kombination aus Aushub und Aufstau errichtet, wobei es sich überwiegend um Steinschüttdämme handelt. Je nach geologischen Gegebenheiten kann die Leckage des Pumpspeicherkraftwerks durch eine vollständige und eine zusätzliche Sickerwasserabdichtung des Beckens verhindert werden. Als Abdichtungsmaterialien eignen sich beispielsweise Asphaltbeton-Deckschichten, Geokunststoffdichtungsbahnen oder Tonschichten.
Schematische Darstellung eines Pumpspeicherkraftwerks
Wenn für den Stausee eines Pumpspeicherkraftwerks eine Sickerwasserabdichtung im gesamten Becken erforderlich ist, sollten die Maßnahmen zur Damm- und Beckenabdichtung als Einheit betrachtet werden, um die gemeinsame Behandlung verschiedener Abdichtungsbauwerke weitestgehend zu vermeiden oder zu reduzieren und die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Bei einem hohen Hinterfüllmaterial ist eine Sickerwasserabdichtung am Beckenboden vorzunehmen. Die Sickerwasserabdichtung am Beckenboden muss für große oder ungleichmäßige Verformungen durch das hohe Hinterfüllmaterial geeignet sein.
Die Fallhöhe des Pumpspeicherkraftwerks ist hoch, und der Druck auf die Wasserkanalstruktur ist entsprechend groß. Je nach Fallhöhe, geologischen Gegebenheiten des umgebenden Gesteins, Dimensionierung der Abzweigrohre usw. können Stahlauskleidungen, Stahlbetonauskleidungen und andere Verfahren zum Einsatz kommen.
Um die Hochwassersicherheit des Kraftwerks zu gewährleisten, müssen beim Pumpspeicherkraftwerk außerdem Hochwasserentlastungsanlagen etc. errichtet werden, worauf hier nicht näher eingegangen wird.
3. Bauorganisationsplanung
Zu den Hauptaufgaben der Bauorganisationsplanung des Pumpspeicherkraftwerks gehören: Untersuchung der Projektbaubedingungen, Bauleitungsumleitung, Materialbeschaffungsplanung, Hauptbauprojekt, Baustellentransport, Bauanlagen, allgemeiner Bauablaufplan, allgemeiner Bauzeitplan (Bauzeit) usw.
Bei der Planung sollten wir die topografischen und geologischen Gegebenheiten des Bahnhofsgeländes voll ausnutzen, die Baubedingungen mit dem ingenieurtechnischen Planungsplan in Einklang bringen und nach dem Prinzip der intensiven und sparsamen Landnutzung zunächst den ingenieurtechnischen Bauplan, die Erdbewegungsbilanz und den allgemeinen Bauablaufplan erstellen, um die Inanspruchnahme von Ackerland zu minimieren und die Projektkosten zu senken.
Als bedeutendes Bauland genießt China weltweit einen hervorragenden Ruf für sein Baumanagement und seine Bauqualität. In den letzten Jahren hat China im Bereich der Pumpspeicherkraftwerke zahlreiche Fortschritte in den Bereichen ökologisches Bauen, Forschung und Entwicklung sowie Anwendung von Schlüsseltechnologien und intelligentes Bauen erzielt. Einige Bautechnologien haben internationales Niveau erreicht oder übertroffen. Dies zeigt sich insbesondere in der zunehmend ausgereiften Staudammbautechnik, den neuen Fortschritten bei der Hochdruck-Zweiwegrohrbautechnik, den zahlreichen erfolgreichen Projekten im Bereich der Kavernenbautechnik für unterirdische Kraftwerke unter komplexen geologischen Bedingungen, der kontinuierlichen Innovation der Schrägschachtbautechnik und -ausrüstung, den bemerkenswerten Erfolgen im mechanisierten und intelligenten Bauen sowie dem Durchbruch der Tunnelbohrmaschine (TBM).
4. Elektromechanische und metallische Struktur
Vertikale, einstufige, reversible Mischstrom-Pumpenturbinen werden üblicherweise in Pumpspeicherkraftwerken eingesetzt. China verfügt über die Kapazitäten zur Entwicklung und Fertigung von Pumpturbinen mit einer Fallhöhe von 700 m und einer Leistung von 400.000 Kilowatt pro Einheit. Darüber hinaus werden in China zahlreiche Speicher mit Fallhöhen von 100 bis 700 m und einer Leistung von bis zu 400.000 Kilowatt pro Einheit entwickelt, gefertigt, installiert, in Betrieb genommen und produziert. Die im Bau befindlichen Pumpspeicherkraftwerke Jilin Dunhua, Guangdong Yangjiang und Zhejiang Changlongshan weisen Nennfallhöhen von über 650 m auf und gehören damit weltweit zu den Spitzenreitern. Das Pumpspeicherkraftwerk Zhejiang Tiantai erreicht mit einer genehmigten Nennfallhöhe von 724 m die weltweit höchste Nennfallhöhe aller Pumpspeicherkraftwerke. Der Gesamtaufwand für die Konstruktion und Fertigung dieser Anlagen zählt zu den weltweit führenden. Bei der Entwicklung von Generatormotoren handelt es sich bei den großen Generatormotoren der in China gebauten und im Bau befindlichen Pumpspeicherkraftwerke um vertikale, dreiphasige, vollluftgekühlte, reversible Synchronmotoren. Zwei Einheiten des Pumpspeicherkraftwerks Changlongshan in Zhejiang weisen eine Nenndrehzahl von 600 U/min und eine Nennleistung von 350.000 kW auf. Einige Einheiten des Pumpspeicherkraftwerks Yangjiang in Guangdong sind bereits mit einer Nenndrehzahl von 500 U/min und einer Nennleistung von 400.000 kW in Betrieb. Die Fertigungskapazität für Generatormotoren hat ein weltweit führendes Niveau erreicht. Darüber hinaus umfassen die elektromechanischen und metalltechnischen Anlagen auch Hydraulik, Elektrotechnik, Steuerungs- und Schutztechnik sowie weitere Aspekte, die hier nicht erneut aufgeführt werden.
Die Ausrüstungsfertigung für Pumpspeicherkraftwerke in China entwickelt sich rasant in Richtung hoher Fallhöhe, großer Kapazität, hoher Zuverlässigkeit, breitem Anwendungsbereich, variabler Drehzahl und Lokalisierung.
5. Wirtschaftsindikatoren
Die Baubedingungen und externen Einflüsse eines Pumpspeicherkraftwerksprojekts spiegeln sich nach Festlegung des Projektdesigns letztendlich hauptsächlich in einer Kennzahl wider: den statischen Investitionskosten pro Kilowattstunde. Je niedriger diese Kosten sind, desto wirtschaftlicher ist das Projekt.
Die individuellen Unterschiede in den Baubedingungen von Pumpspeicherkraftwerken sind deutlich. Die statischen Investitionskosten pro Kilowatt hängen eng mit den Baubedingungen und der installierten Leistung des jeweiligen Projekts zusammen. Im Jahr 2021 genehmigte China elf Pumpspeicherkraftwerke mit durchschnittlichen statischen Investitionskosten von 5367 Yuan pro Kilowatt; 14 Projekte haben die Vorstudie abgeschlossen, wobei die durchschnittlichen statischen Investitionskosten pro Kilowatt bei 5425 Yuan/Kilowatt liegen.
Laut vorläufigen Statistiken belaufen sich die statischen Investitionskosten pro Kilowatt (kW) für große Pumpspeicherkraftwerke, die sich 2022 in der Vorplanungsphase befanden, im Allgemeinen auf 5.000 bis 7.000 Yuan/kW. Aufgrund unterschiedlicher geologischer Gegebenheiten variiert der durchschnittliche Wert der statischen Investitionskosten pro Kilowatt Pumpspeicherkraftwerksleistung in den verschiedenen Regionen erheblich. Generell sind die Baubedingungen für Kraftwerke in Süd-, Ost- und Zentralchina relativ gut, und die statischen Investitionskosten pro Kilowatt sind vergleichsweise niedrig. Aufgrund ungünstiger geologischer Bedingungen und unzureichender Wasserressourcen sind die Kosten pro Kilowatt in Nordwestchina im Vergleich zu anderen Regionen Chinas relativ hoch.
Für Investitionsentscheidungen müssen wir uns auf die statischen Investitionskosten pro Kilowatt des Projekts konzentrieren. Wir dürfen uns jedoch nicht allein auf die statischen Investitionskosten pro Kilowatt stützen, da dies Unternehmen dazu verleiten könnte, unüberlegt zu expandieren. Dies spiegelt sich vor allem in folgenden Aspekten wider:
Zunächst sollte die ursprünglich in der Planungsphase vorgesehene installierte Leistung erhöht werden. Hierbei ist eine dialektische Betrachtungsweise erforderlich. Nehmen wir beispielsweise ein Projekt mit einer geplanten installierten Leistung von 1,2 Millionen Kilowatt zu Beginn der Planungsphase, bestehend aus vier Einheiten mit je 300.000 Kilowatt. Wenn die Fallhöhe geeignet ist und die Technologie die Auswahl einer einzelnen Maschine mit 350.000 kW ermöglicht, kann nach einem umfassenden technischen und wirtschaftlichen Vergleich eine Leistung von 1,4 Millionen kW als repräsentatives Schema in der Vorstudie empfohlen werden. Sollte die ursprünglich geplante Anzahl von vier Einheiten mit je 300.000 kW jedoch um zwei auf sechs Einheiten mit je 300.000 kW erhöht werden, d. h. die installierte Leistung des Kraftwerks von 1,2 Millionen kW auf 1,8 Millionen kW steigen, so ändert sich dadurch die funktionale Ausrichtung des Projekts. In diesem Fall müssen die Einhaltung der Planungsauflagen, die Anforderungen des Stromnetzes, die Baubedingungen und weitere Faktoren umfassend geprüft werden. Generell sollte die Erhöhung der Einheitenanzahl im Rahmen einer Planungsanpassung erfolgen.
Die zweite Möglichkeit besteht darin, die Vollauslastungsstunden zu reduzieren. Vergleicht man die Energie eines Pumpspeicherkraftwerks mit der eines Akkumulators, so entspricht die installierte Leistung der Ausgangsleistung, während die Vollauslastungsstunden die Nutzungsdauer des Akkumulators angeben. Bei Pumpspeicherkraftwerken mit gleicher Speicherkapazität lassen sich Vollauslastungsstunden und installierte Leistung direkt vergleichen. Derzeit werden die täglichen Vollauslastungsstunden eines Pumpspeicherkraftwerks gemäß den Anforderungen des Stromnetzes mit 6 Stunden angesetzt. Bei günstigen Baubedingungen des Kraftwerks kann die Vollauslastungsdauer kostengünstig erhöht werden. Bei gleicher statischer Investition pro Kilowattstunde kann ein Kraftwerk mit höherer Vollauslastungsdauer eine größere Rolle im System spielen. Es gibt jedoch die Idee, die installierte Leistung deutlich zu erhöhen (1,2 Mio. kW → 1,8 Mio. kW) und die Vollauslastungsstunden entsprechend zu reduzieren (6 h → 4 h). Auf diese Weise kann zwar der statische Investitionsaufwand pro Kilowatt erheblich reduziert werden, jedoch kann die kurze Nutzungsdauer des Systems den Systembedarf nicht decken, und seine Rolle im Stromnetz wird ebenfalls stark eingeschränkt.
Veröffentlichungsdatum: 08.03.2023
