El almacenamiento por bombeo es la tecnología más utilizada y madura en el almacenamiento de energía a gran escala, y la capacidad instalada de las centrales eléctricas puede alcanzar gigavatios. Actualmente, la tecnología de almacenamiento de energía más madura y con mayor instalación del mundo es la hidroeléctrica de bombeo.
La tecnología de almacenamiento por bombeo es madura y estable, con grandes beneficios integrales, y se utiliza a menudo para la regulación de picos de demanda y el respaldo. El almacenamiento por bombeo es la tecnología más utilizada y madura en el almacenamiento de energía a gran escala, y la capacidad instalada de las centrales eléctricas puede alcanzar los gigavatios.
Según las estadísticas incompletas del Comité Profesional de Almacenamiento de Energía de la Asociación de Investigación Energética de China, la energía hidroeléctrica de bombeo es actualmente la forma de almacenamiento de energía más desarrollada y con mayor capacidad instalada del mundo. En 2019, la capacidad operativa mundial de almacenamiento de energía alcanzó los 180 millones de kilovatios, y la capacidad instalada de almacenamiento de energía por bombeo superó los 170 millones de kilovatios, lo que representa el 94 % del almacenamiento total de energía mundial.
Las centrales eléctricas de bombeo utilizan la electricidad generada durante el período de baja carga del sistema eléctrico para bombear agua a un punto elevado para su almacenamiento y liberarla para generar electricidad durante los períodos de máxima carga. Cuando la carga es baja, la central eléctrica de bombeo es la usuaria; cuando la carga es máxima, es la central eléctrica.
La unidad de almacenamiento por bombeo tiene dos funciones básicas: bombear agua y generar electricidad. La unidad funciona como una turbina hidráulica cuando la carga del sistema eléctrico alcanza su pico. La apertura del álabe guía de la turbina hidráulica se ajusta mediante el regulador, y la energía potencial del agua se convierte en energía mecánica de rotación de la unidad, que posteriormente se convierte en energía eléctrica mediante el generador.
Cuando la carga del sistema eléctrico es baja, la bomba de agua bombea agua del depósito inferior al superior. Mediante el ajuste automático del regulador, la apertura de los álabes guía se ajusta automáticamente según la elevación de la bomba, y la energía eléctrica se convierte en energía potencial hídrica y se almacena.
Las centrales eléctricas de bombeo son las principales responsables de la regulación de picos de demanda, la regulación de frecuencia, el respaldo de emergencia y el arranque en negro del sistema eléctrico. Esto permite mejorar y equilibrar la carga del sistema, mejorar la calidad del suministro eléctrico y los beneficios económicos del mismo, y es la columna vertebral para garantizar el funcionamiento seguro, económico y estable de la red eléctrica. Las centrales eléctricas de bombeo se conocen como "estabilizadores", "reguladores" y "equilibradores" en la operación segura de las redes eléctricas.
La tendencia de desarrollo de las centrales eléctricas de bombeo a nivel mundial se basa en la alta caída de presión, la gran capacidad y la alta velocidad. Una caída de presión alta implica que la unidad alcanza una mayor caída de presión; una gran capacidad implica que la capacidad de una sola unidad aumenta continuamente; y una alta velocidad implica que la unidad adopta una velocidad específica más alta.
Estructura y características de la central eléctrica
Los edificios principales de una central hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo generalmente incluyen: depósito superior, depósito inferior, sistema de suministro de agua, taller y otros edificios especiales. En comparación con las centrales hidroeléctricas convencionales, las estructuras hidráulicas de las centrales hidroeléctricas de almacenamiento por bombeo presentan las siguientes características principales:
Existen embalses superiores e inferiores. En comparación con las centrales hidroeléctricas convencionales con la misma capacidad instalada, la capacidad de los embalses de las centrales de bombeo suele ser relativamente pequeña.
El nivel del agua del embalse fluctúa considerablemente y sube y baja con frecuencia. Para llevar a cabo la tarea de nivelación de picos y relleno de valles en la red eléctrica, la variación diaria del nivel del agua del embalse de la central eléctrica de bombeo suele ser considerable, superando generalmente los 10-20 metros, y algunas centrales alcanzan los 30-40 metros. La velocidad de cambio del nivel del embalse es relativamente rápida, alcanzando generalmente entre 5 y 8 m/h, e incluso entre 8 y 10 m/h.
Los requisitos de prevención de filtraciones en el embalse son elevados. Si la central de bombeo puro causa una gran pérdida de agua debido a la filtración del embalse superior, la generación de energía de la central se verá reducida. Al mismo tiempo, para evitar que las filtraciones de agua deterioren las condiciones hidrogeológicas en la zona del proyecto, lo que podría provocar daños y una concentración de filtraciones, también se imponen mayores requisitos de prevención de filtraciones en el embalse.
La caída de agua es alta. La caída de agua en las centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo es generalmente alta, generalmente de 200 a 800 metros. La central eléctrica de almacenamiento por bombeo de Jixi, con una capacidad instalada total de 1,8 millones de kilovatios, es el primer proyecto de mi país con una sección de caída de 650 metros, y la central eléctrica de almacenamiento por bombeo de Dunhua, con una capacidad instalada total de 1,4 millones de kilovatios, es el primer proyecto de mi país con una sección de caída de 700 metros. Con el continuo desarrollo de la tecnología de almacenamiento por bombeo, aumentará el número de centrales eléctricas de gran capacidad y caída de agua en mi país.
La unidad está instalada a baja altura. Para contrarrestar la influencia de la flotabilidad y las filtraciones en la central, las centrales eléctricas de bombeo a gran escala construidas en el país y en el extranjero en los últimos años suelen ser subterráneas.
La central eléctrica de bombeo más antigua del mundo es la de Netra, en Zúrich (Suiza), construida en 1882. La construcción de centrales de bombeo en China comenzó relativamente tarde. La primera unidad reversible de flujo oblicuo se instaló en el embalse de Gangnan en 1968. Posteriormente, con el rápido desarrollo de la industria energética nacional, la capacidad instalada de energía nuclear y térmica aumentó rápidamente, lo que exigió que el sistema eléctrico se equipara con las correspondientes unidades de bombeo.
Desde la década de 1980, China ha comenzado a construir vigorosamente centrales eléctricas de bombeo a gran escala. En los últimos años, gracias al rápido desarrollo de la economía y la industria energética de mi país, se han logrado importantes avances científicos y tecnológicos en la autonomía de los equipos de estas centrales.
A finales de 2020, la capacidad instalada de generación de energía mediante bombeo en mi país fue de 31,49 millones de kilovatios, lo que representa un aumento del 4,0 % con respecto al año anterior. En 2020, la capacidad nacional de generación de energía mediante bombeo fue de 33.500 millones de kWh, un aumento del 5,0 % con respecto al año anterior; la nueva capacidad de generación de energía mediante bombeo del país fue de 1,2 millones de kWh. Las centrales eléctricas de bombeo de mi país, tanto en producción como en construcción, ocupan el primer lugar a nivel mundial.
La Corporación Estatal de Red Eléctrica de China siempre ha otorgado gran importancia al desarrollo de la generación de energía por bombeo. Actualmente, State Grid cuenta con 22 centrales eléctricas de bombeo en operación y 30 en construcción.
En 2016, comenzó la construcción de cinco centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo en Zhen'an, Shaanxi, Jurong, Jiangsu, Qingyuan, Liaoning, Xiamen, Fujian y Fukang, Xinjiang;
En 2017, comenzó la construcción de seis centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo en el condado de Yi de Hebei, Zhirui de Mongolia Interior, Ninghai de Zhejiang, Jinyun de Zhejiang, Luoning de Henan y Pingjiang de Hunan;
En 2019, comenzó la construcción de cinco centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo en Funing en Hebei, Jiaohe en Jilin, Qujiang en Zhejiang, Weifang en Shandong y Hami en Xinjiang;
En 2020, comenzarán a construirse cuatro centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo en Shanxi Yuanqu, Shanxi Hunyuan, Zhejiang Pan'an y Shandong Tai'an Fase II.
La primera central eléctrica de bombeo de mi país con equipos de unidades totalmente autónomas. En octubre de 2011, la central se completó con éxito, lo que demuestra que mi país domina la tecnología clave para el desarrollo de equipos de unidades de bombeo.
En abril de 2013, la central eléctrica de almacenamiento por bombeo Xianyou de Fujian entró oficialmente en funcionamiento para la generación de energía; en abril de 2016, la central eléctrica de almacenamiento por bombeo Xianju de Zhejiang, con una capacidad unitaria de 375.000 kilovatios, se conectó con éxito a la red eléctrica. El uso de equipos autónomos de almacenamiento por bombeo a gran escala en mi país se ha popularizado y aplicado continuamente.
La primera central termoeléctrica de bombeo de 700 metros de altura de mi país. La capacidad total instalada es de 1,4 millones de kilovatios. El 4 de junio de 2021, la Unidad 1 entró en funcionamiento para generar electricidad.
La central eléctrica de bombeo con mayor capacidad instalada del mundo se encuentra actualmente en construcción. La capacidad total instalada es de 3,6 millones de kilovatios.
El almacenamiento por bombeo se caracteriza por ser básico, integral y público. Puede participar en los servicios de regulación de los nuevos enlaces de fuente, red, carga y almacenamiento del sistema eléctrico, y sus beneficios integrales son aún más significativos. Ofrece un estabilizador de suministro de energía seguro para el sistema eléctrico, un equilibrador limpio y de bajas emisiones de carbono y una alta eficiencia. Funciones importantes del regulador de funcionamiento.
El primero es abordar eficazmente la falta de capacidad de reserva confiable del sistema eléctrico ante la alta penetración de nuevas energías. Gracias a la regulación de picos de doble capacidad, podemos mejorar la capacidad de regulación de picos de alta capacidad del sistema eléctrico y mitigar el problema del suministro de carga máxima causado por la inestabilidad de las nuevas energías y la carga máxima causada por el valle. Las dificultades de consumo causadas por el desarrollo a gran escala de nuevas energías durante este período pueden promover mejor el consumo de nuevas energías.
El segundo es abordar eficazmente el desajuste entre las características de salida de la nueva energía y la demanda de carga, confiando en la capacidad de ajuste flexible de respuesta rápida, para adaptarse mejor a la aleatoriedad y volatilidad de la nueva energía y para satisfacer la demanda de ajuste flexible que genera la nueva energía “dependiendo del clima”.
El tercero es abordar eficazmente el momento de inercia insuficiente del sistema de energía de alta proporción. Gracias al alto momento de inercia del generador síncrono, se puede mejorar eficazmente la capacidad antiperturbaciones del sistema y mantener la estabilidad de la frecuencia.
El cuarto objetivo es abordar eficazmente el posible impacto en la seguridad de la forma de "doble altura" en el nuevo sistema eléctrico, asumir la función de respaldo de emergencia y responder a las necesidades de ajuste repentino en cualquier momento con capacidades de arranque y parada rápidos y aumento de potencia rápido. Al mismo tiempo, como carga interrumpible, puede eliminar de forma segura la carga nominal de la unidad de bombeo con una respuesta en milisegundos, mejorando así la operación segura y estable del sistema.
El quinto es abordar eficazmente los elevados costos de adaptación que conlleva la conexión a gran escala de nuevas redes energéticas. Mediante métodos de operación razonables, combinados con la energía térmica para reducir las emisiones de carbono y aumentar la eficiencia, se reduce el abandono de la energía eólica y la luz, se promueve la asignación de capacidad y se mejora la economía general y el funcionamiento limpio de todo el sistema.
Fortalecer la optimización e integración de los recursos de infraestructura, coordinar la seguridad, la calidad y la gestión del progreso de 30 proyectos en construcción, promover vigorosamente la construcción mecanizada, el control inteligente y la construcción estandarizada, optimizar el período de construcción y garantizar que la capacidad de almacenamiento por bombeo supere los 20 millones durante el período del “14º Plan Quinquenal”. kilovatios, y la capacidad instalada operativa superará los 70 millones de kilovatios para 2030.
El segundo es trabajar arduamente en la gestión eficiente. Fortalecer la planificación, centrándose en el objetivo de "carbono dual" y la implementación de la estrategia de la compañía, y preparar con alta calidad el "14.º plan quinquenal de desarrollo" para el almacenamiento por bombeo. Optimizar científicamente los procedimientos preliminares del proyecto y avanzar en el estudio de viabilidad y su aprobación de forma ordenada. Centrándose en la seguridad, la calidad, el plazo de construcción y el costo, promover vigorosamente la gestión y el control inteligentes, la construcción mecanizada y la construcción ecológica de obras de ingeniería para garantizar que los proyectos en construcción obtengan beneficios lo antes posible.
Profundizar en la gestión del ciclo de vida de los equipos, profundizar en la investigación sobre el servicio de las unidades a la red eléctrica, optimizar la estrategia operativa de las unidades y garantizar plenamente la operación segura y estable de la red eléctrica. Profundizar en la gestión eficiente multidimensional, acelerar la construcción de una cadena de suministro inteligente y moderna, mejorar el sistema de gestión de materiales, asignar de forma científica el capital, los recursos, la tecnología, los datos y otros factores de producción, mejorar considerablemente la calidad y la eficiencia, y optimizar integralmente la eficiencia de la gestión y la eficiencia operativa.
El tercer objetivo es impulsar la innovación tecnológica. Implementar a fondo el "Nuevo Plan de Acción de Avance" para la innovación científica y tecnológica, aumentar la inversión en investigación científica y mejorar la capacidad de innovación independiente. Incrementar la aplicación de la tecnología de unidades de velocidad variable, fortalecer la investigación y el desarrollo tecnológico de unidades de gran capacidad de 400 megavatios, acelerar la construcción de laboratorios de modelos de bombas-turbinas y laboratorios de simulación, y esforzarse al máximo por construir una plataforma independiente de innovación científica y tecnológica.
Optimizar la planificación de la investigación científica y la asignación de recursos, fortalecer la investigación sobre la tecnología clave de almacenamiento por bombeo y esforzarse por superar el problema técnico de la "estrangulación". Profundizar en la investigación sobre la aplicación de nuevas tecnologías, como la "Big Cloud IoT Smart Chain", implementar integralmente la construcción de centrales eléctricas inteligentes digitales y acelerar la transformación digital de las empresas.
Hora de publicación: 07-mar-2022
