El almacenamiento por bombeo es la tecnología más utilizada y consolidada en el almacenamiento de energía a gran escala, y la capacidad instalada de las centrales eléctricas puede alcanzar los gigavatios. Actualmente, el sistema de almacenamiento de energía más desarrollado y de mayor tamaño instalado en el mundo es la energía hidroeléctrica de bombeo.
La tecnología de almacenamiento por bombeo es madura y estable, ofrece grandes beneficios integrales y se utiliza frecuentemente para la regulación de picos de demanda y como respaldo. El almacenamiento por bombeo es la tecnología más extendida y consolidada 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 China de Investigación Energética, la energía hidroeléctrica de bombeo es actualmente el sistema de almacenamiento de energía más desarrollado 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 a nivel mundial.
Las centrales hidroeléctricas de bombeo utilizan la electricidad generada durante los periodos de baja demanda del sistema eléctrico para bombear agua a un depósito elevado donde almacenarla, y la liberan para generar electricidad durante los periodos de máxima demanda. Cuando la demanda es baja, la central hidroeléctrica de bombeo es la usuaria; cuando la demanda 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 punto máximo. La apertura de la paleta guía de la turbina hidráulica se ajusta mediante el sistema de regulación, y la energía potencial del agua se convierte en energía mecánica de la rotación de la unidad, y luego la energía mecánica se convierte en energía eléctrica a través del generador;
Cuando la carga del sistema eléctrico es baja, la bomba de agua se utiliza para bombear agua desde el depósito inferior al depósito superior. Mediante el ajuste automático del sistema de regulación, la apertura de las paletas guía se ajusta automáticamente según la altura de elevación de la bomba, y la energía eléctrica se convierte en energía potencial del agua y se almacena.
Las centrales hidroeléctricas de bombeo son las principales responsables de la regulación de picos, la regulación de frecuencia, el respaldo de emergencia y el arranque en negro del sistema eléctrico, lo que permite mejorar y equilibrar la carga del sistema, optimizar la calidad del suministro eléctrico y los beneficios económicos del mismo, y constituyen la columna vertebral para garantizar el funcionamiento seguro, económico y estable de la red eléctrica. Las centrales hidroeléctricas de bombeo se conocen como "estabilizadores", "reguladores" y "equilibradores" en el funcionamiento seguro de las redes eléctricas.
La tendencia de desarrollo de las centrales hidroeléctricas de bombeo en el mundo se caracteriza por una mayor altura de caída, una gran capacidad y una alta velocidad. Una mayor altura de caída implica que la unidad alcanza una altura de caída mayor; una gran capacidad significa que la capacidad de una sola unidad aumenta continuamente; y una alta velocidad significa que la unidad adopta una velocidad específica mayor.
Estructura y características de la central eléctrica
Los edificios principales de una central hidroeléctrica de 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 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 hidroeléctricas de bombeo suele ser relativamente pequeña.
El nivel del agua del embalse fluctúa considerablemente, subiendo y bajando con frecuencia. Para cumplir con la tarea de reducir los picos de demanda y compensar los valles en la red eléctrica, la variación diaria del nivel del agua del embalse de la central hidroeléctrica de bombeo suele ser relativamente grande, generalmente superando los 10-20 metros, y algunas centrales alcanzan los 30-40 metros. Además, la tasa de cambio del nivel del agua del embalse es relativamente rápida, generalmente alcanzando los 5-8 m/h, e incluso los 8-10 m/h.
Los requisitos para prevenir filtraciones en los embalses son exigentes. Si la central hidroeléctrica de bombeo sufre una gran pérdida de agua debido a filtraciones en el embalse superior, su generación de energía se verá reducida. Asimismo, para evitar que las filtraciones deterioren las condiciones hidrogeológicas en la zona del proyecto, provocando daños y filtraciones concentradas, se exigen requisitos más estrictos para la prevención de filtraciones en los embalses.
La altura de caída del agua es elevada. La altura de caída de las centrales hidroeléctricas de bombeo suele ser alta, generalmente entre 200 y 800 metros. La central hidroeléctrica de bombeo de Jixi, con una capacidad instalada total de 1,8 millones de kilovatios, es el primer proyecto de nuestro país con una altura de caída de 650 metros, y la central hidroeléctrica de bombeo de Dunhua, con una capacidad instalada total de 1,4 millones de kilovatios, es el primer proyecto de nuestro país con una altura de caída de 700 metros. Con el continuo desarrollo de la tecnología de almacenamiento por bombeo, aumentará el número de centrales hidroeléctricas de gran capacidad y alta altura de caída en nuestro país.
La unidad está instalada a baja altura. Para contrarrestar la influencia de la flotabilidad y las filtraciones en la central eléctrica, las grandes centrales hidroeléctricas de bombeo construidas en los últimos años, tanto a nivel nacional como internacional, adoptan mayoritariamente la forma de centrales subterráneas.
La primera central hidroeléctrica de bombeo del mundo es la central de Netra en Zúrich, Suiza, construida en 1882. La construcción de centrales hidroeléctricas 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 requirió que el sistema eléctrico se equipara con las correspondientes unidades de bombeo.
Desde la década de 1980, China ha comenzado a construir con ahínco centrales hidroeléctricas 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 las unidades de bombeo a gran escala.
A finales de 2020, la capacidad instalada de generación de energía hidroeléctrica de bombeo de mi país era de 31,49 millones de kilovatios, un aumento del 4,0 % con respecto al año anterior. En 2020, la capacidad nacional de generación de energía hidroeléctrica de bombeo fue de 33.500 millones de kWh, un aumento del 5,0 % con respecto al año anterior; la capacidad de generación de energía hidroeléctrica de bombeo recientemente añadida al país fue de 1,2 millones de kWh. Las centrales hidroeléctricas 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 del almacenamiento por bombeo. Actualmente, la Corporación Estatal de Red Eléctrica cuenta con 22 centrales hidroeléctricas de bombeo en funcionamiento 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 hidroeléctrica de bombeo de mi país con un sistema de unidades totalmente autónomas. En octubre de 2011, la central se completó con éxito, lo que demuestra que mi país ha dominado la tecnología clave para el desarrollo de equipos de unidades de bombeo.
En abril de 2013, la central hidroeléctrica de bombeo Fujian Xianyou entró oficialmente en funcionamiento para la generación de energía; en abril de 2016, la central hidroeléctrica de bombeo Zhejiang Xianju, con una capacidad de 375 000 kilovatios, se conectó con éxito a la red eléctrica. El uso de equipos autónomos en grandes centrales hidroeléctricas de bombeo se ha popularizado y se aplica de forma continua en mi país.
La primera central hidroeléctrica de bombeo de mi país, con una altura de caída de 700 metros. Su capacidad instalada total es de 1,4 millones de kilovatios. El 4 de junio de 2021, la Unidad 1 entró en funcionamiento para generar electricidad.
La central hidroeléctrica de bombeo con la mayor capacidad instalada del mundo se encuentra actualmente en construcción. Su capacidad instalada total 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 la nueva fuente, red, carga y almacenamiento del sistema eléctrico, y sus beneficios integrales son aún más significativos. Cumple funciones importantes como estabilizador de suministro seguro, equilibrador de bajas emisiones de carbono y regulador de alta eficiencia.
El primer objetivo es abordar eficazmente la falta de capacidad de reserva confiable del sistema eléctrico ante la alta penetración de energías renovables. Gracias a la regulación de picos de doble capacidad, podemos mejorar la capacidad de regulación de picos del sistema eléctrico y mitigar el problema del suministro de carga máxima causado por la inestabilidad de las energías renovables y la carga máxima provocada por los valles de demanda. Las dificultades de consumo derivadas del desarrollo a gran escala de las energías renovables durante este período pueden impulsar mejor su consumo.
El segundo objetivo es abordar eficazmente el desajuste entre las características de producción de las nuevas energías y la demanda de carga, aprovechando la capacidad de ajuste flexible de respuesta rápida, para adaptarse mejor a la aleatoriedad y la volatilidad de las nuevas energías y satisfacer la demanda de ajuste flexible que estas generan, la cual depende de las condiciones climáticas.
La tercera consiste en abordar eficazmente el insuficiente momento de inercia del sistema de energía renovable de alta proporción. Gracias al elevado momento de inercia del generador síncrono, se puede mejorar eficazmente la capacidad de resistencia a las perturbaciones del sistema y mantener la estabilidad de la frecuencia.
La cuarta función consiste en gestionar eficazmente el posible impacto en la seguridad de la configuración de doble alta tensión en el nuevo sistema eléctrico, asumir la función de respaldo de emergencia y responder a las necesidades de ajuste repentinas en cualquier momento, gracias a sus capacidades de arranque y parada rápidos y de aumento de potencia acelerado. Al mismo tiempo, como carga interrumpible, puede desconectar de forma segura la carga nominal de la unidad de bombeo con una respuesta en milisegundos, mejorando así el funcionamiento seguro y estable del sistema.
El quinto objetivo es gestionar eficazmente los elevados costes de ajuste derivados de la conexión a la red de energías renovables a gran escala. Mediante métodos operativos racionales, combinados con energía térmica para reducir las emisiones de carbono y aumentar la eficiencia, se minimiza el abandono de la energía eólica y solar, se promueve la asignación de capacidad y se mejora la economía general y la operación limpia 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 enérgicamente 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 de kilovatios durante el período del "14.º Plan Quinquenal" y que la capacidad instalada operativa supere los 70 millones de kilovatios para 2030.
El segundo aspecto es trabajar arduamente en la gestión eficiente. Fortalecer la planificación, centrándose en el objetivo de “doble carbono” y la implementación de la estrategia de la empresa, y preparar con alta calidad el plan de desarrollo del “14.º Plan Quinquenal” para el almacenamiento por bombeo. Optimizar científicamente los procedimientos de trabajo preliminares del proyecto y avanzar de manera ordenada en el estudio de viabilidad y la aprobación del proyecto. Enfocarse en la seguridad, la calidad, el plazo de construcción y el costo, promover enérgicamente la gestión y el control inteligentes, la construcción mecanizada y la construcción sostenible de ingeniería para garantizar que los proyectos en construcción puedan generar 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 ajustada multidimensional, acelerar la construcción de una cadena de suministro inteligente moderna, mejorar el sistema de gestión de materiales, asignar científicamente el capital, los recursos, la tecnología, los datos y otros factores de producción, mejorar enérgicamente la calidad y la eficiencia, y mejorar integralmente la eficiencia de la gestión y la eficiencia operativa.
El tercer objetivo es buscar avances significativos en la innovación tecnológica. Implementar a fondo el “Plan de Acción para un Nuevo Salto Adelante” en materia de 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 turbinas-bomba 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 central del almacenamiento por bombeo y esforzarse por superar el problema técnico del estancamiento. Profundizar la investigación sobre la aplicación de nuevas tecnologías como la "cadena inteligente IoT de la gran nube", implementar de forma integral la construcción de centrales eléctricas inteligentes digitales y acelerar la transformación digital de las empresas.
Fecha de publicación: 7 de marzo de 2022
