Pumppuvoima on laajimmin käytetty ja kehittynein teknologia laajamittaisessa energian varastoinnissa, ja voimalaitosten asennettu kapasiteetti voi olla gigawatteja. Tällä hetkellä maailman kehittynein ja suurin asennettu energian varastointitapa on pumppausvesivoima.
Pumppuvarastointitekniikka on kypsää ja vakaata, ja sillä on laaja-alaisia etuja. Sitä käytetään usein huippujen säätöön ja varmuuskopiointiin. Pumppuvarastointi on laajimmin käytetty ja kypsin teknologia laajamittaisessa energian varastoinnissa, ja voimalaitosten asennettu kapasiteetti voi olla gigawatteja.
Kiinan energiatutkimusyhdistyksen energian varastoinnin ammattilaiskomitean epätäydellisten tilastojen mukaan pumppausvoima on tällä hetkellä maailman kypsin ja suurin asennettu energian varastointijärjestelmä. Vuodesta 2019 lähtien maailman toiminnassa oleva energian varastointikapasiteetti oli 180 miljoonaa kilowattia ja pumppausenergian asennettu kapasiteetti ylitti 170 miljoonaa kilowattia, mikä vastaa 94 % maailman energian varastoinnista.
Pumppuvoimalaitokset käyttävät sähköjärjestelmän alhaisen kuormituksen aikana tuotettua sähköä veden pumppaamiseen korkeammalle varastointia varten ja vapauttavat vettä sähkön tuottamiseksi huippukuormitusjaksojen aikana. Kun kuormitus on alhainen, pumppuvoimalaitos on käyttäjä; kuormitushuippujen aikana se on voimalaitos.
Pumppuvarastointiyksiköllä on kaksi perustoimintoa: veden pumppaaminen ja sähkön tuottaminen. Yksikkö toimii vesiturbiinina, kun sähköjärjestelmän kuormitus on huipussaan. Vesiturbiinin ohjaussiiven aukkoa säädetään säätöjärjestelmän avulla, ja veden potentiaalienergia muunnetaan yksikön pyörimisen mekaaniseksi energiaksi, joka sitten muunnetaan generaattorin avulla sähköenergiaksi.
Kun sähköjärjestelmän kuormitus on alhainen, vesipumppua käytetään pumppaamaan vettä alemmasta säiliöstä ylempään säiliöön. Säätöjärjestelmän automaattisen säädön ansiosta ohjaussiipien aukko säätyy automaattisesti pumpun nostokorkeuden mukaan, ja sähköenergia muunnetaan veden potentiaalienergiaksi ja varastoidaan.
Pumppuvoimalaitokset vastaavat pääasiassa sähköjärjestelmän huippukuormituksen säädöstä, taajuuden säädöstä, hätävarakäynnistyksestä ja pimeäkäynnistyksestä, jotka voivat parantaa ja tasapainottaa sähköjärjestelmän kuormitusta, parantaa sähkönsyötön laatua ja sähköjärjestelmän taloudellisia hyötyjä. Ne ovat myös selkäranka sähköverkon turvallisen, taloudellisen ja vakaan toiminnan varmistamiseksi. Pumppuvoimalaitoksia kutsutaan sähköverkkojen turvallisen käytön "vakauttajiksi", "säätäjiksi" ja "tasapainottajiksi".
Maailman pumppausvoimalaitosten kehitystrendit ovat korkea nostokorkeus, suuri kapasiteetti ja suuri nopeus. Korkea nostokorkeus tarkoittaa, että yksikkö kehittyy suurempaan nostokorkeuteen, suuri kapasiteetti tarkoittaa, että yksittäisen yksikön kapasiteetti kasvaa jatkuvasti, ja suuri nopeus tarkoittaa, että yksikkö omaksuu suuremman ominaisnopeuden.
Voimalaitoksen rakenne ja ominaisuudet
Pumppuvoimalaitoksen päärakennuksiin kuuluvat yleensä: yläallas, alaallas, vedenjakelujärjestelmä, työpaja ja muut erikoisrakennukset. Perinteisiin vesivoimalaitoksiin verrattuna pumppausvoimalaitosten hydraulisilla rakenteilla on seuraavat pääominaisuudet:
On olemassa ylä- ja alasäiliöitä. Verrattuna saman asennetun kapasiteetin omaaviin perinteisiin vesivoimalaitoksiin, pumppausvoimalaitosten säiliökapasiteetti on yleensä suhteellisen pieni.
Säiliön vedenpinta vaihtelee suuresti ja nousee ja laskee usein. Jotta sähköverkon huippujen höyläys ja laaksojen täyttö onnistuvat, pumppaamon voimalaitoksen säiliön vedenpinnan päivittäinen vaihtelu on yleensä suhteellisen suuri, yleensä yli 10–20 metriä, ja joissakin voimalaitoksissa jopa 30–40 metriä, ja säiliön vedenpinnan muutosnopeus on suhteellisen nopea, yleensä 5–8 m/h ja jopa 8–10 m/h.
Säiliöaltaiden tihkumisen estämiseen liittyvät vaatimukset ovat korkeat. Jos puhdas pumppausvoimalaitos aiheuttaa suuren vesihävikin ylemmän säiliön tihkumisen vuoksi, voimalaitoksen sähköntuotanto vähenee. Samalla, jotta estetään veden tihkuminen heikentämästä hydrogeologisia olosuhteita projektialueella, mikä johtaa tihkuvaurioihin ja keskittyneeseen tihkumiseen, asetetaan myös säiliöiden tihkumisen estämiselle korkeammat vaatimukset.
Vedenkorkeus on korkea. Pumppuvoimalaitoksen vedenkorkeus on yleensä korkea, enimmäkseen 200–800 metriä. Jixin pumppausvoimalaitos, jonka kokonaiskapasiteetti on 1,8 miljoonaa kilowattia, on maani ensimmäinen 650 metrin korkeusosuushanke, ja Dunhuan pumppausvoimalaitos, jonka kokonaiskapasiteetti on 1,4 miljoonaa kilowattia, on maani ensimmäinen 700 metrin korkeusosuushanke. Pumppuvarastointiteknologian jatkuvan kehityksen myötä suuren paineen ja suuren kapasiteetin voimalaitosten määrä maassani kasvaa.
Yksikkö on asennettu matalalle. Voimalaitokseen kohdistuvien kelluvuuden ja tihkumisen vaikutusten voittamiseksi viime vuosina kotimaassa ja ulkomailla rakennetut suuret pumppausvoimalaitokset ovat enimmäkseen maanalaisia voimalaitoksia.
Maailman varhaisin pumppuvoimalaitos on Netran pumppuvoimalaitos Zürichissä, Sveitsissä, joka rakennettiin vuonna 1882. Pumppuvoimalaitosten rakentaminen Kiinassa alkoi suhteellisen myöhään. Ensimmäinen vinovirtausinen käännettävä yksikkö asennettiin Gangnanin tekojärvelle vuonna 1968. Myöhemmin kotimaisen energiateollisuuden nopean kehityksen myötä ydinvoiman ja lämpövoiman asennettu kapasiteetti kasvoi nopeasti, mikä edellytti sähköjärjestelmän varustamista vastaavilla pumppuvoimalaitoksilla.
Kiina on 1980-luvulta lähtien alkanut rakentaa voimakkaasti suuria pumppuvoimalaitoksia. Viime vuosina maani talouden ja energiateollisuuden nopean kehityksen myötä maani on saavuttanut hedelmällisiä tieteellisiä ja teknologisia saavutuksia suurten pumppuvoimalaitosten laitteistojen autonomiassa.
Vuoden 2020 loppuun mennessä maani asennettu pumppuvoimalaitosten tuotantokapasiteetti oli 31,49 miljoonaa kilowattia, mikä on 4,0 % enemmän kuin edellisenä vuonna. Vuonna 2020 maan pumppuvoimalaitosten tuotantokapasiteetti oli 33,5 miljardia kWh, mikä on 5,0 % enemmän kuin edellisenä vuonna. Maan uusi pumppuvoimalaitosten tuotantokapasiteetti oli 1,2 miljoonaa kWh. Sekä tuotannossa olevat että rakenteilla olevat pumppuvoimalaitokset ovat maailman parhaimmistoa.
Kiinan valtion sähköverkkoyhtiö State Grid on aina pitänyt pumppuvoimalaitosten kehittämistä erittäin tärkeänä. Tällä hetkellä valtion sähköverkolla on 22 toiminnassa olevaa ja 30 rakenteilla olevaa pumppuvoimalaitosta.
Vuonna 2016 aloitettiin viiden pumppuvoimalan rakentaminen Zhen'aniin, Shaanxiin, Jurongiin, Jiangsuun, Qingyuaniin, Liaoningiin, Xiameniin, Fujianiin ja Fukangiin Xinjiangiin;
Vuonna 2017 aloitettiin kuuden pumppuvoimalan rakentaminen Yin piirikunnassa Hebeissä, Zhiruissa Sisä-Mongoliassa, Ninghaissa Zhejiangissa, Jinyunissa Zhejiangissa, Luoningissa Henanissa ja Pingjiangissa Hunanissa;
Vuonna 2019 aloitettiin viiden pumppuvoimalan rakentaminen Funingiin Hebeihin, Jiaoheen Jiliniin, Qujiangiin Zhejiangiin, Weifangiin Shandongiin ja Hamiin Xinjiangiin;
Vuonna 2020 alkaa rakentaa neljä pumppuvoimalaa Shanxi Yuanquissa, Shanxi Hunyuanissa, Zhejiang Pan'anissa ja Shandong Tai'anissa. Vaihe II.
Maani ensimmäinen täysin autonomisilla yksiköillä varustettu pumppausvoimalaitos. Lokakuussa 2011 voimalaitos valmistui onnistuneesti, mikä osoittaa maani hallinneen pumppausvoimalaitosten laitteistojen kehittämisen ydinosaamisen.
Fujianin Xianyoun pumppausvoimalaitos otettiin virallisesti käyttöön sähköntuotantoon huhtikuussa 2013; huhtikuussa 2016 Zhejiangin Xianjun pumppausvoimalaitos, jonka yksikkökapasiteetti on 375 000 kilowattia, liitettiin onnistuneesti verkkoon. Suurten pumppuvoimalaitosten autonomiset laitteet ovat yleistyneet ja niitä sovelletaan jatkuvasti maassani.
Maani ensimmäinen 700 metrin korkuinen pumppuvoimalaitos. Asennettu kokonaiskapasiteetti on 1,4 miljoonaa kilowattia. Yksikkö 1 otettiin käyttöön sähkön tuottamiseksi 4. kesäkuuta 2021.
Maailman suurimman asennetun kapasiteetin omaava pumppausvoimalaitos on parhaillaan rakenteilla. Asennettu kokonaiskapasiteetti on 3,6 miljoonaa kilowattia.
Pumppuvarastointi on perus-, kattava- ja julkisen sektorin ominaisuus. Se voi osallistua uuden sähköjärjestelmän syöttö-, verkko-, kuorma- ja varastointiyhteyksien säätöpalveluihin, ja kokonaisvaltaiset hyödyt ovat merkittävämpiä. Se sisältää sähköjärjestelmän turvallisen virransyötön stabilisaattorin, puhtaan ja vähähiilisen tasapainottimen ja korkean hyötysuhteen tärkeät käyttösäätimen toiminnot.
Ensimmäinen on tehokkaasti puuttua sähköjärjestelmän luotettavan reservikapasiteetin puutteeseen uuden energian suuren osuuden tunkeutuessa. Kaksinkertaisen kapasiteetin huippusäädön edulla voimme parantaa sähköjärjestelmän suuren kapasiteetin huippusäätökapasiteettia ja lievittää uuden energian epävakaudesta ja aallonpohjasta johtuvaa huippukuormitusongelmaa. Uuden energian laajamittaisen kehityksen aiheuttamat kulutusvaikeudet voivat paremmin edistää uuden energian kulutusta.
Toinen on tehokkaasti puuttua uuden energian tuotanto-ominaisuuksien ja kuormituskysynnän väliseen epäsuhtaan luottamalla nopean reagoinnin joustavaan sopeutumiskykyyn, jotta voidaan sopeutua paremmin uuden energian satunnaisuuteen ja volatiliteettiin sekä vastata uuden energian tuomaan joustavaan sopeutumiskysyntään "säästä riippuen".
Kolmas on tehokkaan tavanomaisen uuden energiajärjestelmän riittämättömän hitausmomentin korjaaminen. Synkronisen generaattorin suuren hitausmomentin ansiosta se voi tehokkaasti parantaa järjestelmän häiriönsietokykyä ja ylläpitää järjestelmän taajuuden vakautta.
Neljäs on tehokkaasti käsitellä "kaksoiskorkean" muodon mahdollisia turvallisuusvaikutuksia uudessa sähköjärjestelmässä, ottaa hoitaakseen hätävaratoiminnon ja reagoida äkillisiin säätötarpeisiin milloin tahansa nopean käynnistyksen ja pysäytyksen sekä nopean tehonlisäyksen avulla. Samalla se voi keskeytettävänä kuormana turvallisesti poistaa pumppausyksikön nimelliskuorman millisekunnin vasteajalla ja parantaa järjestelmän turvallista ja vakaata toimintaa.
Viides on käsitellä tehokkaasti laajamittaisen uuden energiaverkkoon kytkemisen aiheuttamia korkeita sopeutumiskustannuksia. Kohtuullisten toimintatapojen ja lämpövoiman avulla voidaan vähentää hiilidioksidipäästöjä ja lisätä tehokkuutta, vähentää tuuli- ja valoenergian hylkäämistä, edistää kapasiteetin kohdentamista sekä parantaa koko järjestelmän kokonaistaloudellisuutta ja puhdasta toimintaa.
Vahvistaa infrastruktuuriresurssien optimointia ja integrointia, koordinoi 30 rakenteilla olevan hankkeen turvallisuuden, laadun ja edistymisen hallintaa, edistää voimakkaasti koneellista rakentamista, älykästä ohjausta ja standardoitua rakentamista, optimoi rakennusaika ja varmistaa, että pumppausvoimalaitoksen kapasiteetti ylittää 20 miljoonaa kilowattia "14. viisivuotissuunnitelman" aikana ja että asennettu käyttökapasiteetti ylittää 70 miljoonaa kilowattia vuoteen 2030 mennessä.
Toinen on työskennellä ahkerasti lean-johtamisen parissa. Vahvistetaan suunnitteluohjeistusta keskittyen "kaksoishiili"-tavoitteeseen ja yhtiön strategian toteuttamiseen, laaditaan pumppausvoimalaitoksen "14. viisivuotissuunnitelma" laadukkaasti. Optimoidaan hankkeen alustavat työmenetelmät tieteellisesti ja edistetään hankkeen toteutettavuustutkimusta ja hyväksyntää järjestelmällisesti. Keskittyen turvallisuuteen, laatuun, rakennusaikaan ja kustannuksiin, edistetään voimakkaasti älykästä hallintaa ja valvontaa, koneellista rakentamista ja vihreää rakentamista insinöörirakentamisessa sen varmistamiseksi, että rakenteilla olevat hankkeet voivat saavuttaa hyödyt mahdollisimman pian.
Syventää laitteiden elinkaaren hallintaa, syventää yksiköiden sähköverkkopalvelun tutkimusta, optimoida yksiköiden toimintastrategiaa ja palvella täysimääräisesti sähköverkon turvallista ja vakaata toimintaa. Syventää moniulotteista lean-johtamista, nopeuttaa modernin älykkään toimitusketjun rakentamista, parantaa materiaalinhallintajärjestelmää, kohdistaa pääomaa, resursseja, teknologiaa, dataa ja muita tuotantotekijöitä tieteellisesti, parantaa voimakkaasti laatua ja tehokkuutta sekä parantaa kokonaisvaltaisesti johtamisen tehokkuutta ja toiminnan tehokkuutta.
Kolmas on teknologisten innovaatioiden läpimurtojen hakeminen. Tieteellisen ja teknologisen innovaation "Uuden harppauksen toimintasuunnitelman" perusteellinen täytäntöönpano, tieteellisen tutkimuksen investointien lisääminen ja itsenäisen innovaatiokyvyn parantaminen. Muuttuvanopeuksisten yksikköteknologian soveltamisen lisääminen, 400 megawatin suurkapasiteettisten yksiköiden teknologiatutkimuksen ja -kehityksen vahvistaminen, pumpputurbiinimallilaboratorioiden ja simulointilaboratorioiden rakentamisen nopeuttaminen sekä riippumattoman tieteellisen ja teknologisen innovaatioalustan rakentamiseen pyrkiminen.
Optimoi tieteellisen tutkimuksen asettelu ja resurssien kohdentaminen, vahvista pumppausenergian ydinteknologian tutkimusta ja pyri ratkaisemaan "jumiutumisen niskan" tekninen ongelma. Syvennä uusien teknologioiden, kuten "Big Cloud IoT Smart Chainin", soveltamista koskevaa tutkimusta, ota kattavasti käyttöön digitaalisten älykkäiden voimalaitosten rakentaminen ja nopeutta yritysten digitaalista muutosta.
Julkaisun aika: 07.03.2022
