Hiilidioksidipäästöjen huippujen ja hiilidioksidineutraloinnin tavoitteen saavuttamiseksi ja uuden sähköjärjestelmän rakentamiseksi China Southern Power Grid Corporation on ehdottanut selkeästi uuden sähköjärjestelmän rakentamista eteläiselle alueelle vuoteen 2030 mennessä ja täysin uuden sähköjärjestelmän rakentamista vuoteen 2060 mennessä. Tässä prosessissa kehitämme voimakkaasti pumppuvoiman varastointia. Asennettua kapasiteettia on tarkoitus lisätä 6 miljoonaan, 15 miljoonaan ja 15 miljoonaan kilowattiin neljännentoista, viidennentoista ja kuudennentoista viisivuotissuunnitelman aikana. Pyrimme saavuttamaan noin 44 miljoonan kilowatin pumppuvoiman varastointikapasiteetin eteläisellä alueella vuoteen 2035 mennessä, mikä tekee siitä uudenlaisen sähköjärjestelmän häiriötasapainottimen, kuormituksen tasaajan ja sähköverkon vakauttajan.
Lähde: WeChatin virallinen tili ”China Energy Media Intelligent Manufacturing”
Tekijä: Peng Yumin, Kiinan energian varastoinnin tutkimuslaitos Southern Power Grid Peak Shaving and Frequency Modulation Power Generation Co., Ltd
Uuden sähköjärjestelmän tärkeimmät ominaisuudet
Uusi sähköjärjestelmä on pääasiassa puhdasta energiaa, ja uuden energian osuus energiankulutuksesta kasvaa jatkuvasti muodostaen vähitellen uuden energian, vesivoiman ja ydinvoiman, käyttömuodon pääasiallisena sähköntuotantomuotona. Fossiilisen energian kulutuksen osuutta vähennetään vähitellen hiilineutraaliustavoitteen saavuttamiseksi, ja jäljellä olevaa fossiilisen energian asennettua kapasiteettia käytetään uuden sähköjärjestelmän varavirtalähteenä. Uudessa sähköjärjestelmässä uusi energia liitetään sähköverkkoon keskitetysti ja hajautetusti. Keskitetyn käytön osalta eteläinen alue pyrkii saavuttamaan vuoteen 2025 mennessä yli 24 miljoonan kilowatin maatuulivoiman, yli 20 miljoonan kilowatin merituulivoiman ja yli 56 miljoonan kilowatin aurinkosähköyhteyden. Hajautetun käytön osalta eri alueille rakennetaan paikallisten olosuhteiden mukaisesti pienen kapasiteetin ja matalajännitteisen verkkoyhteyden omaavia hajautettuja sähkölähteitä, joita voidaan kuluttaa lähellä.
Uudessa sähköjärjestelmässä, jonka pääasiallisena energiana on uusien energiantuotantolaitteiden todellinen tuotantomäärä riippuu suuresti meteorologisesta ympäristöstä, jolle on ominaista satunnaisuus, volatiliteetti ja ajoitus. Sähköenergian korvaamisen, kotitalouksien energian varastointilaitteiden ja älykodin laaja käyttö saa käyttäjäpuolen kuormituksen kehittymään monipuoliseen ja vuorovaikutteiseen suuntaan, ja käyttäjäpääte siirtyy uuteen tilaan, joka on sekä kuluttaja että tuottaja. Uudessa sähköjärjestelmässä, jonka pääasiallisena energiana on uusi energia, on "kaksinkertainen korkea" -ominaisuudet, joissa uuden energian ja tehoelektroniikan osuus on suuri. Uuden energian suurten vaihteluiden ja erilaisten ääritilanteiden selviytymiseksi on tarpeen sovittaa pumppaamon asennettu kapasiteetti vastaavaan mittakaavaan uuden energian asennetun kapasiteetin ja tuotantoasteikon mukaisesti. Kun uuden energian tuotanto on epänormaalia, pumppaamon tulisi ylläpitää uuden sähköjärjestelmän tilaa verkossa mahdollisimman paljon ja estää uuden sähköjärjestelmän muuttuminen perinteiseksi sähköjärjestelmäksi. Siksi pumppaamon voimalaitosten kehittäminen ja rakentaminen on nopeampaa ja laajamittaisempaa.
Pumppuvarastoinnin nopean ja laajamittaisen kehityksen ongelmat ja vastatoimet
Nopea ja laajamittainen kehitys ja rakentaminen on aiheuttanut turvallisuus-, laatu- ja henkilöstöpulaongelmia. Uuden sähköjärjestelmän rakennustarpeiden täyttämiseksi on vuosittain hyväksytty rakennettavaksi useita pumppausvoimalaitoksia. Myös vaadittua rakennusaikaa on lyhennetty huomattavasti 8–10 vuodesta 4–6 vuoteen. Hankkeen nopea kehitys ja rakentaminen tuo väistämättä mukanaan turvallisuus-, laatu- ja henkilöstöpulaongelmia.
Hankkeiden nopean kehityksen ja rakentamisen aiheuttamien ongelmien ratkaisemiseksi rakennus- ja projektinhallintayksiköiden on ensin tehtävä teknistä tutkimusta ja käytäntöä pumppuvoimalaitosten rakennustekniikan mekanisoinnista ja älykkyydestä. TBM-teknologiaa (tunnelporauskone) käytetään lukuisten maanalaisten luolien louhintaan, ja TBM-laitteita kehitetään yhdessä pumppuvoimalaitoksen ominaisuuksien kanssa, ja laaditaan rakennustekninen kaavio. Ottaen huomioon erilaiset toimintaskenaariot, kuten kaivaminen, kuljetus, tuki ja käänteinen kaari rakennustyömaalla, on kehitetty koko mekanisoidun ja älykkään rakentamisen prosessin tukisovelluskaavio, ja tutkimusta on tehty aiheista, kuten yksittäisten prosessilaitteiden älykäs käyttö, koko prosessirakennusjärjestelmän automatisointi, laitteiden rakennustietojen digitalisointi, etäohjattavien mekaanisten laitteiden miehittämätön rakentaminen, rakentamisen laadun älykäs havaintoanalyysi jne. Kehitetään erilaisia mekanisoituja ja älykkäitä rakennuslaitteita ja -järjestelmiä.
Kone- ja sähkötekniikan mekanisoinnin ja älykkyyden osalta voimme analysoida mekanisoinnin ja älykkyyden sovelluskysyntää ja mahdollisuuksia käyttäjien vähentämisen, työtehokkuuden parantamisen, työriskien vähentämisen jne. näkökulmista ja kehittää erilaisia kone- ja sähkötekniikan mekanisointi- ja älykkyysrakennuslaitteita ja -järjestelmiä mekaanisten ja sähkölaitteiden asennuksen erilaisiin toimintaskenaarioihin.
Lisäksi 3D-suunnittelu- ja simulointitekniikkaa voidaan käyttää myös joidenkin tilojen ja laitteiden esivalmistukseen ja simulointiin etukäteen, mikä voi paitsi suorittaa osan työstä etukäteen, lyhentää rakennusaikaa työmaalla, myös suorittaa toiminnallisen hyväksynnän ja laadunvalvonnan etukäteen, parantaen tehokkaasti laatua ja turvallisuuden hallintaa.
Voimalaitoksen laajamittainen käyttö tuo mukanaan ongelman luotettavasta toiminnasta, älykkäästä ja tehokkaasta kulutuksesta. Pumppuvoimalaitosten laajamittainen käyttö tuo mukanaan ongelmia, kuten korkeat käyttö- ja kunnossapitokustannukset, henkilöstöpulan jne. Käyttö- ja kunnossapitokustannusten vähentämiseksi on tärkeää parantaa pumppuvoimalaitosten käyttövarmuutta. Henkilöstöpulan ongelman ratkaisemiseksi on tarpeen toteuttaa voimalaitoksen älykäs ja tehokas käytön hallinta.
Yksikön käyttövarmuuden parantamiseksi laitetyypin valinnassa ja suunnittelussa teknikkojen on perusteellisesti tiivistettävä käytännön kokemustaan pumppuvoimalaitosten suunnittelusta ja käytöstä, suoritettava optimointisuunnittelua, tyyppivalintaa ja standardointitutkimusta pumppuvoimalaitosten asiaankuuluvista laitealijärjestelmistä ja päivitettävä niitä iteratiivisesti laitteiden käyttöönotto-, vikasieto- ja kunnossapitokokemusten mukaisesti. Laitteiden valmistuksen osalta perinteisillä pumppuvoimalaitoksilla on edelleen joitakin keskeisiä laitevalmistusteknologioita ulkomaisten valmistajien hallussa. On tarpeen suorittaa lokalisointitutkimusta näille "kuristinlaitteille" ja integroida niihin vuosien käyttö- ja kunnossapitokokemus ja -strategiat, jotta näiden keskeisten ydinlaitteiden tuotteiden laatua ja käyttövarmuutta voidaan tehokkaasti parantaa. Laitteiden toiminnan valvonnan osalta teknikkojen on järjestelmällisesti laadittava laitteiden tilanvalvontaelementtien konfigurointistandardit laitteiden tilan havaittavuuden ja mitattavuuden näkökulmasta, tehtävä perusteellista tutkimusta laitteiden ohjausstrategioista, tilanvalvontastrategioista ja terveydentilan arviointimenetelmistä luonnostaan turvallisuusvaatimusten perusteella, rakennettava älykäs analyysi- ja varhaisvaroitusalusta laitteiden tilanvalvontaa varten, löydettävä laitteiden piilevät vaarat etukäteen ja suoritettava varhaisvaroitus ajoissa.
Voimalaitoksen älykkään ja intensiivisen käytönhallinnan toteuttamiseksi teknikkojen on tehtävä tutkimusta laitteiden automaattisesta ohjauksesta tai yhdestä keskeisestä käyttöteknologiasta laitteiden ohjauksen ja käytön kannalta, jotta yksikön täysin automaattinen käynnistys ja sammutus sekä kuormituksen säätö voidaan toteuttaa ilman henkilöstön puuttumista asiaan, ja toteutettava toimintojen sekvensointi ja moniulotteinen älykäs vahvistus mahdollisimman pitkälle. Laitteiden tarkastusten osalta teknikot voivat suorittaa teknistä tutkimusta konenäön havainnoinnista, koneen kuulohavainnoinnista, robottitarkastuksesta ja muista näkökohdista sekä suorittaa teknistä harjoittelua tarkastuskoneiden vaihtamisessa. Voimalaitoksen intensiivisen käytön osalta on tarpeen tehdä tutkimusta ja harjoittelua yhden henkilön ja useiden laitosten keskitetyn valvontatekniikan osalta, jotta voidaan tehokkaasti ratkaista pumppausvoimalaitosten kehityksen aiheuttama työssä olevien henkilöstöresurssien pulaongelma.
Pumppuvarastoinnin pienentäminen ja monienergiajärjestelmiin perustuvan täydentämisen integroitu toiminta, joka johtuu suuren määrän hajautettujen uusien energialähteiden kulutuksesta. Uuden sähköjärjestelmän merkittävä ominaisuus on, että suuri määrä pienimuotoista uutta energiaa on hajallaan verkon eri alueilla ja toimii pienjänniteverkossa. Näiden hajautettujen uusien energialähteiden absorboimiseksi ja hyödyntämiseksi mahdollisimman paljon ja suuren sähköverkon ylikuormituksen tehokkaaksi lieventämiseksi on tarpeen rakentaa hajautettuja pumppausvarastointiyksiköitä hajautettujen uusien energialähteiden lähelle, jotta voidaan toteuttaa uuden energian paikallinen varastointi, kulutus ja hyödyntäminen pienjänniteverkkojen kautta. Siksi on tarpeen ratkaista pumppausvarastoinnin pienentämiseen ja monienergiajärjestelmiin perustuvan täydentämisen integroituun toimintaan liittyvät ongelmat.
Insinöörien ja teknikkojen on tehtävä määrätietoista tutkimusta useiden hajautettujen pumppausvoimalaitosten, mukaan lukien pienten käännettävien pumppausvarastointiyksiköiden, pumppujen ja turbiinien koaksiaalisen itsenäisen toiminnan, pienten vesivoimalaitosten ja pumppuasemien yhteiskäytön jne. paikan valinnasta, suunnittelusta ja valmistuksesta, ohjausstrategiasta ja integroidusta soveltamisesta. Samanaikaisesti tehdään tutkimusta ja projektiesittelyjä pumppausvarastoinnin sekä tuuli-, valo- ja vesivoiman integroidusta käyttötekniikasta, jotta voidaan ehdottaa teknisiä ratkaisuja energiatehokkuuden ja taloudellisen vuorovaikutuksen tutkimiseksi uudessa sähköjärjestelmässä.
Muuttuvanopeuksisten pumppuvarastointiyksiköiden tekninen "kuristusongelma" suurijoustavissa sähköverkoissa. Muuttuvanopeuksisilla pumppuvarastointiyksiköillä on ominaisuuksia, kuten nopea reagointi ensiötaajuuden säätöön, säädettävä syöttövoima pumpun käyttöolosuhteissa ja yksikön toiminta optimaalisella käyrällä, sekä herkkä vaste ja korkea hitausmomentti. Jotta sähköverkon satunnaisuutta ja volatiliteettia voidaan tehokkaasti hillitä, säätää ja absorboida uuden energian tuottama ylimääräinen teho sekä säätää ja absorboida tarkemmin sekä hallita paremmin erittäin elastisen ja vuorovaikutteisen sähköverkon kuormitustasapainoa, on tarpeen lisätä muuttuvanopeuksisten yksiköiden osuutta sähköverkossa. Tällä hetkellä useimmat muuttuvanopeuksisten veden pumppaus- ja varastointiyksiköiden keskeiset teknologiat ovat kuitenkin edelleen ulkomaisten valmistajien käsissä, ja teknisen "kuristuksen" ongelma on ratkaistava.
Keskeisten ydinteknologioiden itsenäisen ohjauksen toteuttamiseksi on tarpeen keskittää kotimaista tieteellistä tutkimusta ja teknisiä voimavaroja muuttuvanopeuksisten generaattorimoottoreiden ja pumpputurbiinien suunnittelun ja kehityksen perusteelliseen toteuttamiseen, vaihtovirtaherätemuuntimien ohjausstrategioiden ja -laitteiden kehittämiseen, muuttuvanopeuksisten yksiköiden koordinoitujen ohjausstrategioiden ja -laitteiden kehittämiseen, muuttuvanopeuksisten yksiköiden säätimen ohjausstrategioiden tutkimiseen, muuttuvanopeuksisten yksiköiden toimintaolosuhteiden muuntamisprosessin ja integroitujen ohjausstrategioiden tutkimiseen sekä suurten muuttuvanopeuksisten yksiköiden täydellisen lokalisoinnin suunnittelun, valmistuksen ja teknisen demonstraation toteuttamiseen.
Julkaisun aika: 09.12.2022
