مشکلات و اقدامات متقابل برای توسعه سیستم پمپاژ و ذخیره سازی سازگار با سیستم برق جدید

به منظور دستیابی به هدف «کاهش انتشار کربن، خنثی‌سازی کربن» و ساخت یک سیستم برق جدید، شرکت شبکه برق جنوبی چین به وضوح پیشنهاد داد که تا سال ۲۰۳۰ یک سیستم برق جدید در منطقه جنوبی بسازد و تا سال ۲۰۶۰ یک سیستم برق جدید را به طور کامل بسازد. در این فرآیند، ما به شدت به توسعه سیستم‌های تلمبه ذخیره‌ای خواهیم پرداخت. قرار است ظرفیت نصب شده در دوره‌های «چهاردهم، پانزدهم و شانزدهمین برنامه پنج ساله» به ترتیب ۶ میلیون کیلووات، ۱۵ میلیون کیلووات و ۱۵ میلیون کیلووات افزایش یابد. ما تلاش خواهیم کرد تا سال ۲۰۳۵ به حدود ۴۴ میلیون کیلووات ظرفیت تلمبه ذخیره‌ای در منطقه جنوبی برسیم که آن را به نوع جدیدی از متعادل‌کننده اختلال سیستم برق، متعادل‌کننده بار و تثبیت‌کننده شبکه برق تبدیل می‌کند.
منبع: حساب رسمی وی‌چت «تولید هوشمند رسانه‌ای انرژی چین»
نویسنده: پنگ یومین، موسسه تحقیقات ذخیره انرژی چین، شرکت تولید برق Southern Power Grid Peak Shaving and Frequency Modulation

ویژگی‌های اصلی سیستم قدرت جدید
سیستم برق جدید تحت سلطه انرژی پاک است و سهم انرژی‌های نو در مصرف انرژی همچنان افزایش خواهد یافت و به تدریج شکلی از بهره‌برداری از انرژی با انرژی‌های نو، برق آبی و انرژی هسته‌ای به عنوان شکل اصلی تولید برق شکل خواهد گرفت. سهم مصرف انرژی فسیلی به تدریج کاهش می‌یابد تا به هدف خنثی‌سازی کربن برسد و ظرفیت نصب‌شده باقی‌مانده انرژی فسیلی به عنوان منبع تغذیه پشتیبان سیستم برق جدید استفاده خواهد شد. در سیستم برق جدید، انرژی‌های نو به صورت متمرکز و توزیع‌شده به شبکه برق متصل خواهند شد. از نظر دسترسی متمرکز، منطقه جنوبی تلاش می‌کند تا سال ۲۰۲۵ به انرژی بادی ساحلی بیش از ۲۴ میلیون کیلووات، انرژی بادی فراساحلی بیش از ۲۰ میلیون کیلووات و دسترسی فتوولتائیک بیش از ۵۶ میلیون کیلووات دست یابد. از نظر دسترسی توزیع‌شده، منابع انرژی توزیع‌شده با ظرفیت کم، سطح ولتاژ پایین شبکه دسترسی و قابل مصرف در نزدیکی، مطابق با شرایط محلی در مناطق مختلف ساخته خواهند شد.
در سیستم برق جدید با انرژی نو به عنوان بدنه اصلی، خروجی واقعی تجهیزات تولید انرژی نو به شدت تحت تأثیر محیط هواشناسی قرار می‌گیرد که دارای ویژگی‌های بارز تصادفی بودن، نوسان و تناوب است. کاربرد گسترده جایگزینی انرژی الکتریکی، تجهیزات ذخیره‌سازی انرژی خانگی و خانه هوشمند باعث می‌شود بار سمت کاربر در جهتی متنوع و تعاملی توسعه یابد و ترمینال کاربر وارد حالت جدیدی شود که هم مصرف‌کننده و هم تولیدکننده است. سیستم برق جدید با انرژی نو به عنوان بدنه اصلی، ویژگی‌های "دو برابر بالا" نسبت بالای انرژی نو و نسبت بالای تجهیزات الکترونیک قدرت را ارائه می‌دهد. برای مقابله با نوسانات بزرگ انرژی نو و موقعیت‌های شدید مختلف، لازم است ظرفیت نصب شده ذخیره تلمبه‌ای با مقیاس مربوطه مطابق با ظرفیت نصب شده و مقیاس خروجی انرژی نو مطابقت داشته باشد. هنگامی که خروجی انرژی نو غیرطبیعی است، ذخیره تلمبه‌ای باید تا حد امکان وضعیت سیستم برق جدید شبکه را حفظ کند و از تبدیل سیستم برق جدید به سیستم برق سنتی جلوگیری کند. بنابراین، توسعه و ساخت نیروگاه‌های ذخیره تلمبه‌ای سریع‌تر و در مقیاس بزرگتر خواهد بود.
مشکلات و اقدامات متقابل توسعه سریع و گسترده مخازن تلمبه ای
توسعه و ساخت سریع و در مقیاس بزرگ، مشکلات ایمنی، کیفیت و کمبود پرسنل را به همراه داشته است. به منظور تأمین نیازهای ساختمانی سیستم برق جدید، هر ساله ساخت تعدادی نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای تأیید شده است. دوره ساخت مورد نیاز نیز از ۸ تا ۱۰ سال به ۴ تا ۶ سال کاهش یافته است. توسعه و ساخت سریع پروژه به ناچار مشکلات ایمنی، کیفیت و کمبود پرسنل را به همراه خواهد داشت.
به منظور حل مجموعه‌ای از مشکلات ناشی از توسعه و ساخت سریع پروژه‌ها، واحدهای مدیریت ساخت و ساز و پروژه ابتدا باید تحقیقات و عملیات فنی در مورد مکانیزاسیون و هوشمندسازی مهندسی عمران نیروگاه‌های تلمبه ذخیره‌ای انجام دهند. فناوری TBM (دستگاه حفاری تونل) برای حفاری تعداد زیادی از مغارهای زیرزمینی معرفی شده است و تجهیزات TBM در ترکیب با ویژگی‌های نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای توسعه یافته و یک طرح فنی ساخت و ساز تدوین شده است. با توجه به سناریوهای مختلف عملیاتی مانند حفاری، حمل و نقل، پشتیبانی و قوس معکوس در طول ساخت و ساز عمرانی، یک طرح کاربردی پشتیبانی برای کل فرآیند ساخت و ساز مکانیزه و هوشمند توسعه داده شده است و تحقیقاتی در مورد موضوعاتی مانند عملکرد هوشمند تجهیزات تک فرآیندی، اتوماسیون کل سیستم ساخت و ساز فرآیندی، دیجیتالی کردن اطلاعات ساخت تجهیزات، ساخت بدون سرنشین تجهیزات مکانیکی کنترل از راه دور، تجزیه و تحلیل هوشمند کیفیت ساخت و ساز و غیره انجام شده است. تجهیزات و سیستم‌های مختلف ساخت و ساز مکانیزه و هوشمند را توسعه دهید.
از نظر مکانیزاسیون و هوشمندسازی مهندسی مکانیک و برق، می‌توانیم تقاضای کاربرد و امکان مکانیزاسیون و هوشمندسازی را از جنبه‌های کاهش اپراتورها، بهبود راندمان کار، کاهش خطرات کاری و غیره تجزیه و تحلیل کنیم و تجهیزات و سیستم‌های مختلف ساخت و ساز مکانیزاسیون و هوشمندسازی مهندسی مکانیک و برق را برای سناریوهای مختلف عملیاتی نصب تجهیزات مکانیکی و الکتریکی توسعه دهیم.
علاوه بر این، می‌توان از فناوری طراحی مهندسی و شبیه‌سازی سه‌بعدی برای پیش‌ساخت و شبیه‌سازی برخی از تأسیسات و تجهیزات از قبل استفاده کرد که نه تنها می‌تواند بخشی از کار را از قبل تکمیل کند، دوره ساخت و ساز در محل را کوتاه کند، بلکه می‌تواند پذیرش عملکردی و کنترل کیفیت را از قبل انجام دهد و به طور مؤثر سطح مدیریت کیفیت و ایمنی را بهبود بخشد.
بهره‌برداری گسترده از نیروگاه، مشکل بهره‌برداری قابل اعتماد، تقاضای هوشمند و فشرده را به همراه دارد. بهره‌برداری گسترده از نیروگاه‌های تلمبه ذخیره‌ای مشکلاتی مانند هزینه‌های بالای بهره‌برداری و نگهداری، کمبود پرسنل و غیره را به همراه خواهد داشت. برای کاهش هزینه‌های بهره‌برداری و نگهداری، کلید اصلی، بهبود قابلیت اطمینان بهره‌برداری از واحدهای تلمبه ذخیره‌ای است. برای حل مشکل کمبود پرسنل، لازم است مدیریت بهره‌برداری هوشمند و فشرده نیروگاه محقق شود.
برای بهبود قابلیت اطمینان عملکرد واحد، از نظر انتخاب نوع و طراحی تجهیزات، تکنسین‌ها باید تجربیات عملی در طراحی و بهره‌برداری از نیروگاه‌های تلمبه ذخیره‌ای را عمیقاً خلاصه کنند، تحقیقات طراحی بهینه‌سازی، انتخاب نوع و استانداردسازی را در مورد زیرسیستم‌های تجهیزات مربوطه نیروگاه‌های تلمبه ذخیره‌ای انجام دهند و آنها را به صورت مکرر با توجه به راه‌اندازی تجهیزات، مدیریت خطا و تجربه نگهداری به‌روزرسانی کنند. از نظر تولید تجهیزات، واحدهای تلمبه ذخیره‌ای سنتی هنوز برخی از فناوری‌های کلیدی تولید تجهیزات را در دست تولیدکنندگان خارجی دارند. انجام تحقیقات بومی‌سازی در مورد این تجهیزات "خفه‌کننده" و ادغام سال‌ها تجربه و استراتژی‌های بهره‌برداری و نگهداری در آنها ضروری است تا به طور مؤثر کیفیت محصول و قابلیت اطمینان عملکرد این تجهیزات اصلی کلیدی بهبود یابد. از نظر نظارت بر عملکرد تجهیزات، تکنسین‌ها باید به طور سیستماتیک استانداردهای پیکربندی عناصر نظارت بر وضعیت تجهیزات را از منظر مشاهده‌پذیری و اندازه‌گیری وضعیت تجهیزات تدوین کنند، تحقیقات عمیقی در مورد استراتژی‌های کنترل تجهیزات، استراتژی‌های نظارت بر وضعیت و روش‌های ارزیابی سلامت بر اساس الزامات ایمنی ذاتی انجام دهند، یک پلتفرم هوشمند تجزیه و تحلیل و هشدار اولیه برای نظارت بر وضعیت تجهیزات ایجاد کنند، خطرات پنهان در تجهیزات را از قبل پیدا کنند و هشدار اولیه را به موقع انجام دهند.
برای تحقق مدیریت هوشمند و فشرده بهره‌برداری از نیروگاه، تکنسین‌ها باید تحقیقاتی در مورد کنترل خودکار تجهیزات یا یک فناوری کلیدی بهره‌برداری از نظر کنترل و بهره‌برداری از تجهیزات انجام دهند تا راه‌اندازی و خاموش شدن و تنظیم بار واحد به طور کاملاً خودکار و بدون دخالت پرسنل محقق شود و تا حد امکان توالی عملیات و تأیید هوشمند چندبعدی محقق شود؛ در زمینه بازرسی تجهیزات، تکنسین‌ها می‌توانند تحقیقات فنی در مورد ادراک بینایی ماشین، ادراک شنوایی ماشین، بازرسی ربات و سایر جنبه‌ها انجام دهند و در مورد جایگزینی دستگاه‌های بازرسی تمرین فنی انجام دهند؛ در زمینه بهره‌برداری فشرده از نیروگاه، لازم است تحقیق و تمرین در مورد فناوری نظارت متمرکز یک نفر و چندین نیروگاه انجام شود تا به طور مؤثر مشکل کمبود منابع انسانی در حال انجام وظیفه ناشی از توسعه نیروگاه‌های تلمبه ذخیره‌ای حل شود.
کوچک‌سازی ذخیره تلمبه‌ای و عملکرد یکپارچه مکمل‌سازی چند انرژیه، حاصل مصرف تعداد زیادی از منابع انرژی جدید توزیع‌شده است. یکی از ویژگی‌های قابل توجه سیستم برق جدید این است که تعداد زیادی انرژی جدید در مقیاس کوچک در مناطق مختلف شبکه پراکنده شده‌اند و در شبکه ولتاژ پایین کار می‌کنند. برای جذب و استفاده هرچه بیشتر از این منابع انرژی جدید توزیع‌شده و کاهش مؤثر ازدحام برق شبکه برق بزرگ، لازم است واحدهای ذخیره تلمبه‌ای توزیع‌شده در نزدیکی منابع انرژی جدید توزیع‌شده ساخته شوند تا ذخیره‌سازی، مصرف و بهره‌برداری محلی از انرژی جدید از طریق شبکه‌های برق ولتاژ پایین محقق شود. بنابراین، لازم است مشکلات کوچک‌سازی ذخیره تلمبه‌ای و عملکرد یکپارچه مکمل‌سازی چند انرژیه حل شود.
لازم است مهندسان و تکنسین‌ها با جدیت در زمینه انتخاب محل، طراحی و ساخت، استراتژی کنترل و کاربرد یکپارچه انواع مختلف نیروگاه‌های تلمبه ذخیره‌ای توزیع‌شده، از جمله واحدهای کوچک تلمبه ذخیره‌ای برگشت‌پذیر، عملکرد مستقل هم محور پمپ‌ها و توربین‌ها، عملکرد مشترک نیروگاه‌های برق آبی کوچک و ایستگاه‌های پمپاژ و غیره، تحقیقات لازم را انجام دهند. همزمان، تحقیقات و پروژه‌های نمایشی در مورد فناوری عملکرد یکپارچه نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای و نیروگاه‌های بادی، نوری و برق آبی انجام می‌شود تا راهکارهای فنی برای بررسی بهره‌وری انرژی و تعامل اقتصادی در سیستم برق جدید ارائه شود.
مشکل «خفگی» فنی واحدهای ذخیره‌ای پمپ‌دار با سرعت متغیر که با شبکه برق با خاصیت ارتجاعی بالا سازگار شده‌اند. واحدهای ذخیره‌ای پمپ‌دار با سرعت متغیر دارای ویژگی‌هایی از جمله پاسخ سریع به تنظیم فرکانس اولیه، نیروی ورودی قابل تنظیم تحت شرایط کاری پمپ، و عملکرد واحد در منحنی بهینه، و همچنین پاسخ حساس و ممان اینرسی بالا هستند. به منظور مهار مؤثر تصادفی بودن و نوسانات شبکه برق، تنظیم و جذب دقیق‌تر توان اضافی تولید شده توسط انرژی جدید در سمت تولید و سمت کاربر، و کنترل بهتر تعادل بار شبکه برق با خاصیت ارتجاعی و تعاملی بالا، افزایش نسبت واحدهای سرعت متغیر در شبکه برق ضروری است. با این حال، در حال حاضر، اکثر فناوری‌های کلیدی واحدهای پمپاژ و ذخیره آب با سرعت متغیر هنوز در دست تولیدکنندگان خارجی است و مشکل «خفگی» فنی باید حل شود.
برای تحقق کنترل مستقل فناوری‌های کلیدی و اصلی، لازم است تحقیقات علمی و نیروهای فنی داخلی برای انجام عمیق طراحی و توسعه موتورهای ژنراتور و توربین‌های پمپ با سرعت متغیر، توسعه استراتژی‌ها و دستگاه‌های کنترلی برای مبدل‌های تحریک AC، توسعه استراتژی‌ها و دستگاه‌های کنترل هماهنگ برای واحدهای با سرعت متغیر، تحقیق در مورد استراتژی‌های کنترل گاورنر برای واحدهای با سرعت متغیر، تحقیق در مورد فرآیند تبدیل شرایط کاری و استراتژی‌های کنترل یکپارچه برای واحدهای با سرعت متغیر، تحقق طراحی و تولید و نمایش مهندسی کامل واحدهای با سرعت متغیر بزرگ، متمرکز شوند.