Vesivoiman tuotanto on yksi kehittyneimmistä sähköntuotantomenetelmistä, ja se on jatkuvasti innovoitunut ja kehittynyt sähköjärjestelmän kehitysprosessissa. Se on edistynyt merkittävästi itsenäisen mittakaavan, teknisen laitteistotason ja ohjausteknologian suhteen. Vakaana ja luotettavana korkealaatuisena säänneltynä energialähteenä vesivoimaan kuuluvat yleensä perinteiset vesivoimalaitokset ja pumppausvoimalaitokset. Sen lisäksi, että ne toimivat tärkeänä sähkön toimittajana, niillä on ollut tärkeä rooli myös huippukuormituksen vähentämisessä, taajuusmoduloinnissa, vaihemoduloinnissa, pimeäkäynnistyksessä ja hätävalmiustilassa koko sähköjärjestelmän toiminnan ajan. Uusien energialähteiden, kuten tuulivoiman ja aurinkosähkön tuotannon, nopean kehityksen, sähköjärjestelmien huippu-laaksoerojen kasvun ja tehoelektronisten laitteiden ja välineiden lisääntymisen aiheuttaman pyörimisinertian vähenemisen myötä peruskysymykset, kuten sähköjärjestelmän suunnittelu ja rakentaminen, turvallinen käyttö ja taloudellinen jakelu, kohtaavat valtavia haasteita, ja ne ovat myös tärkeitä kysymyksiä, joihin on puututtava uusien sähköjärjestelmien tulevassa rakentamisessa. Kiinan luonnonvarojen riittävyyden kontekstissa vesivoimalla on tärkeämpi rooli uudentyyppisessä sähköjärjestelmässä, sillä sillä on merkittäviä innovatiivisia kehitystarpeita ja -mahdollisuuksia, ja se on erittäin tärkeää uudentyyppisen sähköjärjestelmän rakentamisen taloudellisen turvallisuuden kannalta.
Vesivoiman tuotannon nykytilanteen ja innovatiivisen kehitystilanteen analyysi
Innovatiivinen kehitystilanne
Maailmanlaajuinen puhtaan energian muutos kiihtyy, ja uuden energian, kuten tuulivoiman ja aurinkosähkön, osuus kasvaa nopeasti. Perinteisten sähköjärjestelmien suunnittelu ja rakentaminen, turvallinen käyttö ja taloudellinen aikataulutus kohtaavat uusia haasteita ja ongelmia. Vuosina 2010–2021 maailmanlaajuinen tuulivoimalaitosten määrä kasvoi nopeasti, keskimäärin 15 %. Kiinan keskimääräinen vuotuinen kasvuvauhti on noussut 25 prosenttiin. Maailmanlaajuisen aurinkosähkön tuotantolaitosten määrän kasvuvauhti viimeisten 10 vuoden aikana on noussut 31 prosenttiin. Sähköjärjestelmä, jossa uuden energian osuus on suuri, kohtaa merkittäviä ongelmia, kuten vaikeudet tarjonnan ja kysynnän tasapainottamisessa, järjestelmän toiminnan hallinnan vaikeudet ja pyörimisinertian vähenemisen aiheuttamat vakausriskit sekä merkittävä huippukapasiteetin kysynnän kasvu, mikä johtaa järjestelmän käyttökustannusten nousuun. On kiireellistä edistää näiden ongelmien ratkaisua yhdessä sähkönsyötön, verkon ja kuormituksen puolella. Vesivoima on tärkeä säännelty energialähde, jolla on ominaisuuksia, kuten suuri pyörimisinertia, nopea reagointinopeus ja joustava toimintatila. Sillä on luonnollisia etuja näiden uusien haasteiden ja ongelmien ratkaisemisessa.
Sähköistämisen taso paranee jatkuvasti, ja taloudellisen ja yhteiskunnallisen toiminnan turvallisen ja luotettavan energiansyötön vaatimukset kasvavat jatkuvasti. Viimeisten 50 vuoden aikana maailmanlaajuisen sähköistämisen taso on jatkuvasti parantunut, ja sähkön osuus terminaalien energiankulutuksesta on vähitellen kasvanut. Sähköajoneuvojen edustama terminaalien sähköenergian korvaaminen on kiihtynyt. Nykyaikainen talousyhteiskunta on yhä riippuvaisempi sähköstä, ja sähköstä on tullut taloudellisten ja yhteiskunnallisten toimintojen perustuotantoväline. Turvallinen ja luotettava energiansyötö on tärkeä tae nykyihmisten tuotannolle ja elämälle. Laajat sähkökatkokset eivät ainoastaan aiheuta valtavia taloudellisia tappioita, vaan ne voivat myös aiheuttaa vakavaa sosiaalista kaaosta. Sähkönjakeluvarmuudesta on tullut energianjakelun, jopa kansallisen turvallisuuden, ydin. Uusien sähköjärjestelmien ulkoinen huolto edellyttää turvallisen energiansyötön luotettavuuden jatkuvaa parantamista, kun taas sisäinen kehitys kohtaa jatkuvasti lisääntyviä riskitekijöitä, jotka uhkaavat vakavasti sähkönjakeluvarmuutta.
Uusia teknologioita syntyy ja sovelletaan jatkuvasti sähköjärjestelmissä, mikä parantaa merkittävästi sähköjärjestelmien älykkyyttä ja monimutkaisuutta. Tehoelektronisten laitteiden laaja käyttö sähköntuotannon, -siirron ja -jakelun eri osa-alueilla on johtanut merkittäviin muutoksiin sähköjärjestelmän kuormitusominaisuuksissa ja järjestelmäominaisuuksissa, mikä on johtanut syvällisiin muutoksiin sähköjärjestelmän toimintamekanismissa. Tiedonsiirto-, ohjaus- ja älyteknologioita käytetään laajalti kaikilla sähköjärjestelmän tuotannon ja hallinnan osa-alueilla. Sähköjärjestelmien älykkyysaste on parantunut merkittävästi, ja ne pystyvät sopeutumaan laajamittaiseen online-analyysiin ja päätöksenteon tukemiseen. Hajautettu sähköntuotanto on yhteydessä jakeluverkon käyttäjäpuolelle laajassa mittakaavassa, ja sähköverkon tehon virtaussuunta on muuttunut yksisuuntaisesta kaksisuuntaiseksi tai jopa monisuuntaiseksi. Erilaisia älykkäitä sähkölaitteita ilmestyy loputtomana virtana, älykkäitä mittareita käytetään laajalti, ja sähköjärjestelmän käyttöpäätteiden määrä kasvaa eksponentiaalisesti. Tietoturvasta on tullut tärkeä riskinlähde sähköjärjestelmälle.
Sähköenergian uudistaminen ja kehittäminen ovat vähitellen siirtymässä suotuisaan tilanteeseen, ja poliittinen ympäristö, kuten sähkön hinnat, paranee vähitellen. Kiinan talouden ja yhteiskunnan nopean kehityksen myötä sähköenergiateollisuus on kokenut valtavan harppauksen pienestä suureen, heikosta vahvaan ja seuraavasta johtavaan. Järjestelmällisesti tarkasteltuna hallituksesta yritykseen, yhdestä tehtaasta yhteen verkkoon, tehtaiden ja verkkojen eriyttämiseen, maltilliseen kilpailuun ja asteittaiseen siirtymiseen suunnittelusta markkinoille on johtanut Kiinan kansallisiin olosuhteisiin sopivaan sähköenergian kehityspolkuun. Kiinan sähköenergiateknologian ja -laitteiden valmistus- ja rakennuskapasiteetti sekä taso ovat maailman huippuluokkaa. Sähköenergialiiketoiminnan yleispalvelu- ja ympäristöindikaattorit paranevat vähitellen, ja maailman suurin ja teknologisesti edistynein sähköenergiajärjestelmä on rakennettu ja käytössä. Kiinan sähkömarkkinat ovat edenneet tasaisesti, ja yhtenäisten sähkömarkkinoiden rakentamiselle paikalliselta alueelliselle ja kansalliselle tasolle on selkeä polku, ja maa on noudattanut Kiinan linjaa, jossa totuus etsitään tosiasioista. Sähkön hintojen kaltaisia poliittisia mekanismeja on vähitellen järkeistetty, ja aluksi on luotu pumppausenergian kehittämiseen soveltuva sähkön hintamekanismi, joka tarjoaa poliittisen ympäristön vesivoiman innovaatioiden ja kehityksen taloudellisen arvon toteuttamiselle.
Vesivoiman suunnittelun, suunnittelun ja käytön reunaehdoissa on tapahtunut merkittäviä muutoksia. Perinteisen vesivoimalaitosten suunnittelun ydintehtävänä on valita teknisesti toteuttamiskelpoinen ja taloudellisesti järkevä voimalaitoksen mittakaava ja toimintatapa. Yleensä vesivoimahankkeiden suunnittelukysymyksiä tarkastellaan vesivarojen kokonaisvaltaisen hyödyntämisen optimaalisen tavoitteen lähtökohtana. On tarpeen ottaa kattavasti huomioon vaatimukset, kuten tulvien torjunta, kastelu, merenkulku ja vesihuolto, ja tehdä kattavia taloudellisten, sosiaalisten ja ympäristöhyötyjen vertailuja. Jatkuvien teknologisten läpimurtojen ja tuulivoiman ja aurinkosähkön osuuden jatkuvan kasvun yhteydessä sähköjärjestelmän on objektiivisesti hyödynnettävä hydraulisia resursseja täysimääräisemmin, rikastettava vesivoimalaitosten toimintatapaa ja otettava suurempi rooli huippukuormituksen, taajuusmoduloinnin ja tasauksen säädössä. Monet tavoitteet, jotka eivät aiemmin olleet toteuttamiskelpoisia teknologian, laitteiden ja rakentamisen suhteen, ovat tulleet taloudellisesti ja teknisesti toteuttamiskelpoisiksi. Alkuperäinen yksisuuntainen veden varastointi- ja purkausenergian tuotantotapa vesivoimalaitoksissa ei enää pysty vastaamaan uusien sähköjärjestelmien vaatimuksiin, ja on tarpeen yhdistää pumppausvoimalaitosten toimintatapa vesivoimalaitosten sääntelykyvyn merkittäväksi parantamiseksi. Samaan aikaan, ottaen huomioon lyhytaikaisesti säänneltyjen energialähteiden, kuten pumppausvoimalaitosten, rajoitukset uusien energialähteiden, kuten tuulivoiman ja aurinkosähkön, kulutuksen edistämisessä sekä turvallisen ja kohtuuhintaisen energiantuotannon vaikeudet, on objektiivisesti välttämätöntä lisätä säiliökapasiteettia perinteisen vesivoiman säätöaikasyklin parantamiseksi, jotta voidaan täyttää järjestelmän säätökapasiteetin aukko, joka syntyy, kun hiilivoimaa poistetaan käytöstä.
Innovatiiviset kehitystarpeet
Vesivoimavarojen kehittämistä on kiireellisesti nopeutettava, vesivoiman osuutta uudessa sähköjärjestelmässä on lisättävä ja sillä on oltava suurempi rooli. "Kaksoishiili"-tavoitteen yhteydessä tuulivoiman ja aurinkosähkön kokonaiskapasiteetti nousee yli 1,2 miljardiin kilowattiin vuoteen 2030 mennessä; sen odotetaan nousevan 5–6 miljardiin kilowattiin vuonna 2060. Tulevaisuudessa säätöresursseille on valtava kysyntä uusissa sähköjärjestelmissä, ja vesivoiman tuotanto on korkealaatuisin säätövoiman lähde. Kiinan vesivoimateknologia voi kehittää 687 miljoonan kilowatin asennetun kapasiteetin. Vuoden 2021 loppuun mennessä on kehitetty 391 miljoonaa kilowattia, ja kehitysaste on noin 57 %, mikä on huomattavasti alhaisempi kuin joidenkin kehittyneiden maiden Euroopassa ja Yhdysvalloissa 90 %:n kehitysaste. Koska vesivoimahankkeiden kehityssykli on pitkä (yleensä 5–10 vuotta), kun taas tuulivoima- ja aurinkosähköhankkeiden kehityssykli on suhteellisen lyhyt (yleensä 0,5–1 vuotta tai jopa lyhyempi) ja ne kehittyvät nopeasti, on kiireellistä nopeuttaa vesivoimahankkeiden kehitystä, saada ne valmiiksi mahdollisimman pian ja ottaa ne käyttöön mahdollisimman pian.
Vesivoiman kehitystapaa on kiireellisesti muutettava vastaamaan uusien sähköjärjestelmien huippukuormituksen uusiin vaatimuksiin. "Kaksoishiili"-tavoitteen rajoitusten mukaisesti tuleva sähkönjakelurakenne määrittää sähköjärjestelmän toiminnan valtavat vaatimukset huippukuormituksen vähentämiseksi, eikä tämä ole ongelma, jonka aikataulutus ja markkinavoimat voivat ratkaista, vaan pikemminkin perustavanlaatuinen tekninen toteutettavuuskysymys. Sähköjärjestelmän taloudellinen, turvallinen ja vakaa toiminta voidaan saavuttaa vain markkinaohjauksen, aikataulutuksen ja käytön valvonnan avulla olettaen, että teknologia on toteutettavissa. Käytössä olevien perinteisten vesivoimalaitosten osalta on kiireellisesti optimoitava järjestelmällisesti olemassa olevan varastointikapasiteetin ja -tilojen käyttöaste, lisättävä tarvittaessa muuntoinvestointeja ja pyrittävä kaikin tavoin parantamaan säätökapasiteettia. Uusien suunniteltujen ja rakennettujen perinteisten vesivoimalaitosten osalta on kiireellisesti otettava huomioon uuden sähköjärjestelmän aiheuttamat merkittävät muutokset reunaehdoissa ja suunniteltava ja rakennettava joustavia ja säädettäviä vesivoimalaitoksia, joissa yhdistellään pitkiä ja lyhyitä aikaskaaloja paikallisten olosuhteiden mukaisesti. Pumppuvarastoinnin osalta rakentamista tulisi nopeuttaa nykyisessä tilanteessa, jossa lyhyen aikavälin sääntelykapasiteetti on vakavasti riittämätön. Pitkällä aikavälillä järjestelmän lyhytaikaisten huippukuormituksen vähentämisominaisuuksien kysyntää tulisi tarkastella ja sen kehityssuunnitelma laatia tieteellisesti. Vedensiirtotyyppisten pumppuvoimalaitosten osalta on tarpeen yhdistää kansallisten vesivarojen tarpeet alueiden väliseen vedensiirtoon sekä valuma-alueiden välisenä vedensiirtohankkeena että sähköjärjestelmän säätöresurssien kokonaisvaltaisena hyödyntämisenä. Tarvittaessa se voidaan yhdistää myös meriveden suolanpoistohankkeiden kokonaissuunnitteluun.
Vesivoiman tuotantoa on kiireellisesti edistettävä taloudellisen ja sosiaalisen arvon luomiseksi samalla, kun varmistetaan uusien sähköjärjestelmien taloudellinen ja turvallinen toiminta. Sähköjärjestelmän hiilidioksidipäästöjen huippua ja hiilineutraaliutta koskevien kehitystavoitteiden rajoitusten perusteella uudesta energiasta tulee vähitellen tulevaisuuden sähköjärjestelmän sähköntuotantorakenteen päävoima, ja hiilipitoisten energialähteiden, kuten hiilivoiman, osuus vähenee vähitellen. Useiden tutkimuslaitosten tietojen mukaan kivihiilivoiman laajamittaisen poistamisen skenaariossa Kiinan tuulivoiman ja aurinkosähkön asennettu kapasiteetti olisi vuoteen 2060 mennessä noin 70 %. Vesivoiman asennettu kokonaiskapasiteetti pumppuvarastointi huomioon ottaen on noin 800 miljoonaa kilowattia, mikä on noin 10 %. Tulevaisuuden sähkörakenteessa vesivoima on suhteellisen luotettava, joustava ja säädettävä energialähde, joka on uusien sähköjärjestelmien turvallisen, vakaan ja taloudellisen toiminnan kulmakivi. On kiireellisesti siirryttävä nykyisestä "sähköntuotantoon perustuvasta, sääntelyyn perustuvasta" kehitys- ja toimintatavasta "sääntelyyn perustuvaan, sähköntuotantoon perustuvaan". Näin ollen vesivoimayhtiöiden taloudelliset hyödyt tulisi ottaa huomioon suuremman arvon kontekstissa, ja vesivoimayhtiöiden hyötyjen tulisi myös merkittävästi lisätä tuloja, joita saadaan säätöpalveluiden tarjoamisesta järjestelmälle alkuperäisten sähköntuotantotulojen perusteella.
Vesivoimateknologian standardeissa, politiikoissa ja järjestelmissä on kiireellisesti toteutettava innovaatioita vesivoiman tehokkaan ja kestävän kehityksen varmistamiseksi. Tulevaisuudessa uusien sähköjärjestelmien objektiivinen vaatimus on, että vesivoiman innovatiivista kehitystä on nopeutettava, ja olemassa olevien asiaankuuluvien teknisten standardien, politiikkojen ja järjestelmien on myös kiireellisesti vastattava innovatiivista kehitystä vesivoiman tehokkaan kehityksen edistämiseksi. Standardien ja eritelmien osalta on kiireellisesti optimoitava suunnittelun, käytön ja kunnossapidon standardit ja eritelmät pilottiesittelyn ja todentamisen perusteella uuden sähköjärjestelmän teknisten vaatimusten mukaisesti perinteisille vesivoimalaitoksille, pumppuvoimalaitoksille, hybridivoimalaitoksille ja vedensiirtopumppuvoimalaitoksille (mukaan lukien pumppaamot), jotta voidaan varmistaa vesivoimainnovaatioiden hallittu ja tehokas kehitys. Politiikkojen ja järjestelmien osalta on kiireellisesti tutkittava ja laadittava kannustinpolitiikkoja vesivoiman innovatiivisen kehityksen ohjaamiseksi, tukemiseksi ja edistämiseksi. Samaan aikaan on kiireellisesti laadittava institutionaalisia suunnitelmia, kuten markkina- ja sähkönhintoja, vesivoiman uusien arvojen muuntamiseksi taloudellisiksi hyödyiksi, ja kannustettava yrityksiä toteuttamaan aktiivisesti innovatiivisia kehitysteknologiainvestointeja, pilottihankkeita ja laajamittaista kehitystä.
Innovatiivinen kehityspolku ja vesivoiman tulevaisuudennäkymät
Vesivoiman innovatiivinen kehittäminen on kiireellinen tarve uudentyyppisen sähköjärjestelmän rakentamiseksi. On noudatettava periaatetta, jossa toimenpiteet mukautetaan paikallisiin olosuhteisiin ja toteutetaan kattavia toimintalinjoja. Erilaisille rakennetuille ja suunnitelluille vesivoimahankkeille tulisi ottaa käyttöön erilaisia teknisiä järjestelmiä. On otettava huomioon paitsi sähköntuotannon ja huippukuormituksen vähentämisen, taajuuden moduloinnin ja tasaamisen toiminnalliset tarpeet, myös vesivarojen kokonaisvaltainen hyödyntäminen, säädettävän tehon kuorman rakentaminen ja muut näkökohdat. Lopuksi optimaalinen järjestelmä tulisi määrittää kattavan hyötyarvioinnin avulla. Perinteisen vesivoiman säätökapasiteetin parantaminen ja kattavien valuma-alueiden välisten vedensiirtopumppuvoimalaitosten (pumppaamojen) rakentaminen tuo merkittäviä taloudellisia etuja verrattuna uusiin pumppuvoimalaitoksiin. Kaiken kaikkiaan vesivoiman innovatiiviselle kehittämiselle ei ole ylitsepääsemättömiä teknisiä esteitä, sillä kehitystilaa on valtavasti ja taloudelliset ja ympäristölliset hyödyt ovat erinomaisia. Laajamittaiseen kehitykseen pilottikäytäntöjen perusteella kannattaa kiinnittää erityistä huomiota ja sitä kannattaa nopeuttaa.
"Sähköntuotanto + pumppaus"
”Sähköntuotanto+pumppaus”-tilassa käytetään hydraulisia rakenteita, kuten olemassa olevia vesivoimalaitoksia ja patoja, sekä sähkönsiirto- ja muuntolaitoksia, sopivien paikkojen valitsemiseksi vesivoimalaitoksen vedenottoaukon alapuolelle vedenottoaukon pohjalle vedenottoaukon läpikulkupadon rakentamiseksi alemman säiliön muodostamiseksi, pumppauspumppujen, putkistojen ja muiden laitteiden ja rakenteiden lisäämiseksi ja alkuperäisen säiliön käyttämiseksi ylempänä säiliönä. Alkuperäisen vesivoimalaitoksen sähköntuotantotoiminnon perusteella lisätään sähköjärjestelmän pumppaustoimintoa alhaisella kuormituksella ja käytetään silti alkuperäisiä hydraulisia turbiinigeneraattoreita sähköntuotantoon. Näin voidaan lisätä alkuperäisen vesivoimalaitoksen pumppaus- ja varastointikapasiteettia ja siten parantaa vesivoimalaitoksen säätökapasiteettia (katso kuva 1). Alempi säiliö voidaan myös rakentaa erikseen sopivaan paikkaan vesivoimalaitoksen alapuolelle. Kun rakennetaan alempaa säiliötä vesivoimalaitoksen vedenottoaukon alapuolelle, on suositeltavaa säätää vedenpintaa, jotta se ei vaikuta alkuperäisen vesivoimalaitoksen sähköntuotantotehokkuuteen. Ottaen huomioon toimintatavan optimoinnin ja tasaukseen osallistumisen toiminnalliset vaatimukset, on suositeltavaa, että pumppu on varustettu tahtimoottorilla. Tätä toimintatapaa voidaan yleisesti soveltaa toiminnassa olevien vesivoimalaitosten toiminnalliseen muutokseen. Laitteet ja tilat ovat joustavia ja yksinkertaisia, ja niille on ominaista alhainen investointi, lyhyt rakennusaika ja nopeat tulokset.
”Sähköntuotanto + pumppaussähköntuotanto”
Tärkein ero ”sähköntuotanto+pumppaussähköntuotanto”-tilan ja ”sähköntuotanto+pumppaus”-tilan välillä on se, että pumppaavan pumpun muuttaminen pumppuvarastointiyksiköksi lisää suoraan alkuperäisen perinteisen vesivoimalaitoksen pumppuvarastointitoimintoa, mikä parantaa vesivoimalaitoksen säätökapasiteettia. Alasäiliön asetusperiaate on yhdenmukainen ”sähköntuotanto+pumppaus”-tilan kanssa. Tässä mallissa voidaan myös käyttää alkuperäistä säiliötä alasäiliönä ja rakentaa yläsäiliö sopivaan paikkaan. Uusiin vesivoimalaitoksiin voidaan tiettyjen perinteisten generaattorien lisäksi asentaa tietyn kapasiteetin pumppuvarastointiyksiköitä. Olettaen, että yksittäisen vesivoimalaitoksen maksimiteho on P1 ja lisääntynyt pumppuvarastointiteho on P2, voimalaitoksen tehoalue suhteessa sähköjärjestelmään laajenee arvosta (0, P1) arvoon (-P2, P1+P2).
Kaskadivesivoimalaitosten kierrätys
Kaskadivesivoimalaitosryhmässä kahdessa vierekkäisessä vesivoimalaitoksessa ylemmän kaskadivesivoimalaitoksen tekoallas toimii ylempänä tekoaltaana ja alemman kaskadivesivoimalaitoksen tekoallas alempana tekoaltaana. Maastosta riippuen voidaan valita sopivat vedenottopaikat, ja kehitys voidaan toteuttaa yhdistämällä kaksi toimintatapaa, "sähköntuotanto + pumppaus" ja "sähköntuotanto + pumppaussähköntuotanto". Tämä toimintatapa soveltuu kaskadivesivoimalaitosten jälleenrakentamiseen, mikä voi parantaa merkittävästi kaskadivesivoimalaitosten säätökapasiteettia ja säätöaikaa, mistä on merkittäviä etuja. Kuva 2 esittää Kiinassa sijaitsevan kaskadijoen vesivoimalaitoksen sijoittelua. Etäisyys ylävirran vesivoimalaitoksen padosta alavirran vedenottoon on käytännössä alle 50 kilometriä.
Paikallinen tasapainotus
”Paikallinen tasapainotus” -tila viittaa tuulivoima- ja aurinkosähkön tuotantohankkeiden rakentamiseen vesivoimalaitosten lähelle sekä vesivoimalaitosten toiminnan itsesäätämiseen ja tasapainottamiseen vakaan tehon saavuttamiseksi aikatauluvaatimusten mukaisesti. Koska kaikki tärkeimmät vesivoimalaitokset toimivat sähköjärjestelmän ajojärjestyksen mukaisesti, tätä tilaa voidaan soveltaa säteittäisvirtausvoimalaitoksiin ja joihinkin pieniin vesivoimalaitoksiin, jotka eivät sovellu laajamittaiseen muuntamiseen eivätkä yleensä ole aikataulutettuja perinteisiksi huipputehonhallinta- ja taajuusmodulointitoiminnoiksi. Vesivoimalaitosten käyttötehoa voidaan ohjata joustavasti, niiden lyhytaikaista säätökapasiteettia voidaan hyödyntää ja saavuttaa paikallinen tasapaino ja vakaa tehontuotanto samalla, kun olemassa olevien siirtolinjojen käyttöastetta parannetaan.
Veden ja sähkön huippusääntelykompleksi
”Veden säännöstely- ja huipputehon säätökompleksin” toimintatapa perustuu veden säännöstelyyn perustuvien pumppuvoimalaitosten rakennuskonseptiin yhdistettynä suuriin vesiensuojeluhankkeisiin, kuten laajamittaiseen vesistöjen väliseen vedensiirtoon, säiliöiden ja ohjauslaitosten rakentamiseen sekä säiliöiden välisen paineenlaskun hyödyntämiseen pumppaamojen, perinteisten vesivoimalaitosten ja pumppuvoimalaitosten rakentamiseen sähköntuotanto- ja varastointikompleksin muodostamiseksi. Siirrettäessä vettä korkealla sijaitsevista vesilähteistä matalalla sijaitseville alueille ”Vedensiirto- ja tehon huippujen poistokompleksi” voi hyödyntää täysimääräisesti paineenlaskua sähköntuotantoetujen saavuttamiseksi samalla, kun se saavuttaa pitkän matkan vedensiirron ja vähentää vedensiirtokustannuksia. Samalla ”vesi- ja tehon huippujen poistokompleksi” voi toimia laajamittaisena ohjattavana kuorman ja virtalähteenä sähköjärjestelmälle, tarjoten järjestelmälle säätöpalveluita. Lisäksi kompleksi voidaan yhdistää myös meriveden suolanpoistohankkeisiin vesivarojen kehittämisen ja sähköjärjestelmän sääntelyn kattavan soveltamisen saavuttamiseksi.
Meriveden pumppausvarastointi
Merivedellä toimivat pumppausvoimalaitokset voivat valita sopivan sijainnin rannikolla ylemmän säiliön rakentamiseen ja käyttää merta alemmana säiliönä. Perinteisten pumppausvoimalaitosten sijoittelun vaikeutuessa merivedellä toimivat pumppausvoimalaitokset ovat saaneet asiaankuuluvien kansallisten viranomaisten huomion ja suorittaneet resurssikartoituksia ja tulevaisuuteen suuntautuneita teknisiä tutkimustestejä. Merivedellä toimiva pumppausvarastointi voidaan yhdistää myös vuorovesienergian, aaltoenergian, merituulivoiman jne. kokonaisvaltaiseen kehittämiseen suuren varastointikapasiteetin ja pitkän säätösyklin pumppausvoimalaitosten rakentamiseksi.
Lukuun ottamatta jokivesivoimalaitoksia ja joitakin pieniä vesivoimalaitoksia, joilla ei ole varastointikapasiteettia, useimmat vesivoimalaitokset, joilla on tietty säiliökapasiteetti, voivat tutkia ja toteuttaa pumppausvarastointitoiminnan muutosta. Uudessa vesivoimalaitoksessa voidaan suunnitella ja järjestää tietyn kapasiteetin pumppausvarastointiyksiköitä kokonaisuutena. Alustavan arvion mukaan uusien kehitysmenetelmien soveltaminen voi nopeasti lisätä korkealaatuisen huipputehokkuuden laajuutta vähintään 100 miljoonalla kilowatilla. "Veden säännöstely- ja tehon huipputehokkuuden laajuuden laajuuden" ja merivedellä toimivan pumppausvarastoinnin avulla voidaan myös tuottaa erittäin merkittävää korkealaatuista huipputehokkuutta, jolla on suuri merkitys uusien sähköjärjestelmien rakentamiselle ja turvalliselle ja vakaalle käytölle, ja jolla on merkittäviä taloudellisia ja sosiaalisia hyötyjä.
Ehdotuksia vesivoiman innovointiin ja kehittämiseen
Ensinnäkin, organisoi vesivoiman innovaatioiden ja kehityksen huipputason suunnittelu mahdollisimman pian ja anna ohjeita vesivoiman innovaatioiden ja kehityksen tukemiseksi tämän työn perusteella. Suorita tutkimusta tärkeimmistä kysymyksistä, kuten ohjaavasta ideologiasta, kehitysasetelmasta, perusperiaatteista, suunnittelun prioriteeteista ja vesivoiman innovatiivisen kehityksen ulkoasusta, ja laadi tältä pohjalta kehityssuunnitelmia, selvennä kehitysvaiheita ja odotuksia sekä ohjaa markkinatoimijoita hankkeiden kehittämisen hallitussa toteuttamisessa.
Toinen tehtävä on organisoida ja toteuttaa teknisiä ja taloudellisia toteutettavuusanalyysejä ja demonstraatiohankkeita. Uusien sähköjärjestelmien rakentamisen yhteydessä organisoida ja toteuttaa vesivoimalaitosten resurssikartoituksia ja hankkeiden teknisiä ja taloudellisia analyysejä, ehdottaa teknisiä rakennussuunnitelmia, valita tyypillisiä teknisiä hankkeita teknisten demonstraatioiden toteuttamiseksi ja kerätä kokemusta laajamittaista kehitystä varten.
Kolmanneksi, tuemme keskeisten teknologioiden tutkimusta ja demonstrointia. Perustamalla kansallisia tiede- ja teknologiahankkeita ja muilla keinoin tuemme perustavanlaatuisia ja yleismaailmallisia teknisiä läpimurtoja, keskeisten laitteiden kehittämistä ja demonstrointisovelluksia vesivoiman innovaatioiden ja kehityksen alalla, mukaan lukien, mutta ei rajoittuen, meriveden pumppaus- ja varastopumpputurbiinien lapamateriaalit sekä laaja-alaisten alueellisten vedensiirto- ja tehohuippujen poistokompleksien kartoitus ja suunnittelu.
Neljänneksi, on laadittava finanssi- ja veropolitiikkaa, hankkeiden hyväksymistä ja sähkön hinnoittelua vesivoiman innovatiivisen kehittämisen edistämiseksi. Keskittyen kaikkiin vesivoiman innovatiivisen kehittämisen näkökohtiin, politiikat, kuten taloudellisten korkoalennukset, investointituet ja verokannustimet, tulisi laatia paikallisten olosuhteiden mukaisesti hankkeen kehittämisen alkuvaiheessa, mukaan lukien vihreä taloudellinen tuki, hankkeen taloudellisten kustannusten vähentämiseksi. Pumppuvoimaloiden peruskorjaushankkeissa, jotka eivät olennaisesti muuta jokien hydrologisia ominaisuuksia, tulisi ottaa käyttöön yksinkertaistetut hyväksymismenettelyt hallinnollisen hyväksyntäsyklin lyhentämiseksi. Pumppuvoimalaitosten kapasiteettisähkön hinnoittelumekanismia ja pumppuvoiman tuotannon sähkön hinnoittelumekanismia on järkeistettävä kohtuullisen arvontuoton varmistamiseksi.
Julkaisun aika: 22.3.2023
