Le pompage-turbinage est la technologie la plus répandue et la plus aboutie pour le stockage d'énergie à grande échelle, et la capacité installée des centrales peut atteindre des gigawatts. À l'heure actuelle, le système de stockage d'énergie le plus abouti et le plus important au monde est celui du pompage-turbinage.
La technologie du pompage-turbinage est mature et stable, offrant des avantages considérables et complets. Elle est souvent utilisée pour la régulation des pointes de production et le secours. Le pompage-turbinage est la technologie la plus répandue et la plus mature pour le stockage d'énergie à grande échelle, et la capacité installée des centrales électriques peut atteindre des gigawatts.
Selon les statistiques incomplètes du Comité professionnel du stockage d'énergie de l'Association chinoise de recherche sur l'énergie, l'hydroélectricité par pompage est actuellement le système de stockage d'énergie le plus mature et le plus installé au monde. En 2019, la capacité opérationnelle mondiale de stockage d'énergie atteignait 180 millions de kilowatts, et la capacité installée de stockage par pompage dépassait 170 millions de kilowatts, représentant 94 % du stockage d'énergie total mondial.
Les centrales de pompage-turbinage utilisent l'électricité produite pendant les périodes de faible charge du réseau électrique pour pomper l'eau vers un point de stockage en altitude, puis la restituer pour produire de l'électricité pendant les périodes de pointe. En période de faible charge, la centrale de pompage-turbinage est l'utilisateur ; en période de pointe, elle est la centrale.
L'unité de pompage-turbinage a deux fonctions principales : pomper l'eau et produire de l'électricité. Elle fonctionne comme une turbine hydraulique lorsque la charge du réseau électrique est à son maximum. L'ouverture des aubes directrices de la turbine est réglée par le régulateur, et l'énergie potentielle de l'eau est convertie en énergie mécanique de rotation de l'unité, laquelle est ensuite convertie en énergie électrique par le générateur.
Lorsque la charge du système électrique est faible, la pompe à eau est utilisée pour pomper l'eau du réservoir inférieur vers le réservoir supérieur. Grâce au réglage automatique du régulateur, l'ouverture des aubes directrices s'adapte automatiquement à la hauteur de refoulement de la pompe, et l'énergie électrique est convertie en énergie potentielle hydrique et stockée.
Les centrales de pompage-turbinage sont principalement responsables de la régulation de pointe, de la régulation de fréquence, de la sauvegarde d'urgence et du démarrage à froid du système électrique, ce qui peut améliorer et équilibrer la charge du système électrique, améliorer la qualité de l'alimentation électrique et les avantages économiques du système électrique, et constituent l'épine dorsale pour assurer le fonctionnement sûr, économique et stable du réseau électrique. Les centrales de pompage-turbinage sont connues sous le nom de « stabilisateurs », « régulateurs » et « équilibreurs » dans le fonctionnement sûr des réseaux électriques.
La tendance mondiale en matière de développement des centrales de pompage-turbinage est à la forte chute, à la grande capacité et à la vitesse élevée. Une forte chute signifie que l'unité développe une chute plus importante, une grande capacité signifie que la capacité d'une unité augmente continuellement, et une vitesse élevée signifie que l'unité adopte une vitesse spécifique plus élevée.
Structure et caractéristiques de la centrale électrique
Les principaux bâtiments d'une centrale de pompage-turbinage comprennent généralement : un réservoir supérieur, un réservoir inférieur, un système d'alimentation en eau, un atelier et d'autres bâtiments spécifiques. Comparées aux centrales hydroélectriques classiques, les structures hydrauliques des centrales de pompage-turbinage présentent les principales caractéristiques suivantes :
Il existe des réservoirs supérieurs et inférieurs. Comparée aux centrales hydroélectriques conventionnelles de même puissance installée, la capacité des réservoirs des centrales de pompage-turbinage est généralement relativement faible.
Le niveau d'eau du réservoir fluctue considérablement et fluctue fréquemment. Afin de répondre aux besoins d'écrêtement des pointes et de comblement des vallées du réseau électrique, les variations quotidiennes du niveau d'eau du réservoir des centrales de pompage-turbinage sont généralement importantes, dépassant généralement 10 à 20 mètres, voire 30 à 40 mètres pour certaines centrales. La vitesse de variation du niveau d'eau du réservoir est relativement rapide, atteignant généralement 5 à 8 m/h, voire 8 à 10 m/h.
Les exigences en matière de prévention des infiltrations dans les réservoirs sont élevées. Si la centrale de pompage-turbinage pure provoque d'importantes pertes d'eau dues aux infiltrations dans le réservoir supérieur, sa production d'électricité sera réduite. Parallèlement, afin d'éviter que les infiltrations d'eau ne détériorent les conditions hydrogéologiques de la zone du projet, entraînant des dommages et des infiltrations concentrées, des exigences plus strictes sont également imposées en matière de prévention des infiltrations dans les réservoirs.
La hauteur de chute est élevée. La hauteur de chute des centrales de pompage-turbinage est généralement élevée, généralement entre 200 et 800 mètres. La centrale de pompage-turbinage de Jixi, d'une capacité installée totale de 1,8 million de kilowatts, est le premier projet de section de chute de 650 mètres de mon pays, et la centrale de pompage-turbinage de Dunhua, d'une capacité installée totale de 1,4 million de kilowatts, est le premier projet de section de chute de 700 mètres de mon pays. Avec le développement continu de la technologie de pompage-turbinage, le nombre de centrales de grande capacité et de haute chute dans mon pays va augmenter.
L'unité est installée à basse altitude. Afin de compenser l'influence de la flottabilité et des infiltrations sur la centrale, les grandes centrales de pompage-turbinage construites ces dernières années en Allemagne et à l'étranger adoptent généralement la forme de centrales souterraines.
La plus ancienne centrale de pompage-turbinage au monde est la centrale de pompage-turbinage de Netra à Zurich, en Suisse, construite en 1882. La construction de centrales de pompage-turbinage en Chine a débuté relativement tard. La première unité réversible à flux oblique a été installée dans le réservoir de Gangnan en 1968. Par la suite, avec le développement rapide du secteur énergétique national, la capacité installée des centrales nucléaires et thermiques a rapidement augmenté, nécessitant l'équipement du réseau électrique en unités de pompage-turbinage correspondantes.
Depuis les années 1980, la Chine s'est engagée dans la construction dynamique de grandes centrales de pompage-turbinage. Ces dernières années, grâce au développement rapide de son économie et de son secteur énergétique, mon pays a réalisé d'importantes avancées scientifiques et technologiques en matière d'autonomie des équipements de ces centrales.
Fin 2020, la capacité installée de production d'électricité par pompage-turbinage de mon pays s'élevait à 31,49 millions de kilowatts, soit une augmentation de 4 % par rapport à l'année précédente. En 2020, la capacité nationale de production d'électricité par pompage-turbinage était de 33,5 milliards de kWh, soit une augmentation de 5 % par rapport à l'année précédente ; la nouvelle capacité de production d'électricité par pompage-turbinage du pays était de 1,2 million de kWh. Les centrales de pompage-turbinage de mon pays, qu'elles soient en production ou en construction, sont classées au premier rang mondial.
State Grid Corporation of China a toujours accordé une grande importance au développement du pompage-turbinage. State Grid compte actuellement 22 centrales de pompage-turbinage en exploitation et 30 en construction.
En 2016, la construction de cinq centrales électriques de pompage-turbinage à Zhen'an, Shaanxi, Jurong, Jiangsu, Qingyuan, Liaoning, Xiamen, Fujian et Fukang, Xinjiang a commencé ;
En 2017, la construction de six centrales électriques de pompage-turbinage a commencé dans le comté de Yi du Hebei, Zhirui de la Mongolie intérieure, Ninghai du Zhejiang, Jinyun du Zhejiang, Luoning du Henan et Pingjiang du Hunan ;
En 2019, la construction de cinq centrales électriques de pompage-turbinage a commencé à Funing dans le Hebei, Jiaohe dans le Jilin, Qujiang dans le Zhejiang, Weifang dans le Shandong et Hami dans le Xinjiang ;
En 2020, quatre centrales électriques de pompage-turbinage dans le Shanxi Yuanqu, le Shanxi Hunyuan, le Zhejiang Pan'an et le Shandong Tai'an Phase II commenceront leur construction.
La première centrale de pompage-turbinage de mon pays, dotée d'équipements entièrement autonomes, a été achevée avec succès en octobre 2011, démontrant la maîtrise des technologies de base du développement de ces équipements.
En avril 2013, la centrale de pompage-turbinage de Xianyou, dans le Fujian, a été officiellement mise en service pour la production d'électricité ; en avril 2016, la centrale de pompage-turbinage de Xianju, dans le Zhejiang, d'une capacité unitaire de 375 000 kilowatts, a été raccordée au réseau. L'équipement autonome des centrales de pompage-turbinage à grande échelle est devenu populaire et a été constamment utilisé en Chine.
La première centrale de pompage-turbinage de mon pays, d'une hauteur de chute de 700 mètres, possède une capacité installée totale de 1,4 million de kilowatts. Le 4 juin 2021, l'unité 1 a été mise en service pour produire de l'électricité.
La centrale de pompage-turbinage, dotée de la plus grande capacité installée au monde, est actuellement en construction. Sa capacité totale installée s'élève à 3,6 millions de kilowatts.
Le stockage par pompage présente des caractéristiques de base, complètes et publiques. Il peut participer aux services de régulation des nouvelles liaisons entre la source, le réseau, la charge et le stockage du système électrique, et offre des avantages globaux considérables. Il assure la stabilisation de l'alimentation électrique sûre du système, l'équilibrage propre et à faible émission de carbone, et une fonction importante de régulation de fonctionnement à haut rendement.
Le premier objectif est de remédier efficacement au manque de capacité de réserve fiable du système électrique face à la forte pénétration des nouvelles énergies. Grâce à la régulation de pointe à double capacité, nous pouvons améliorer la capacité de régulation de pointe du système électrique et atténuer les problèmes d'approvisionnement en pointe causés par l'instabilité des nouvelles énergies et les pics de charge dus aux creux de tension. Les difficultés de consommation engendrées par le développement à grande échelle des nouvelles énergies pendant cette période peuvent favoriser leur consommation.
La deuxième consiste à gérer efficacement l’inadéquation entre les caractéristiques de production de la nouvelle énergie et la demande de charge, en s’appuyant sur la capacité d’ajustement flexible de la réponse rapide, pour mieux s’adapter au caractère aléatoire et à la volatilité de la nouvelle énergie, et pour répondre à la demande d’ajustement flexible apportée par la nouvelle énergie « en fonction de la météo ».
Le troisième objectif est de remédier efficacement au manque d'inertie des nouveaux systèmes d'énergie à forte proportion. Grâce à l'avantage du moment d'inertie élevé du générateur synchrone, celui-ci peut améliorer efficacement la capacité anti-perturbation du système et maintenir la stabilité de sa fréquence.
Le quatrième objectif est de gérer efficacement l'impact potentiel de la forme « double hauteur » sur la sécurité du nouveau système électrique, d'assurer la fonction de secours et de répondre à tout moment aux besoins d'ajustement soudains grâce à des capacités de démarrage/arrêt rapides et de montée en puissance rapide. Parallèlement, en tant que charge interruptible, elle peut supprimer en toute sécurité la charge nominale de l'unité de pompage avec une réponse de l'ordre de la milliseconde, améliorant ainsi la sécurité et la stabilité du fonctionnement du système.
Cinquièmement, il s'agit de gérer efficacement les coûts d'adaptation élevés engendrés par le raccordement à un nouveau réseau énergétique à grande échelle. Grâce à des méthodes d'exploitation rationnelles, combinées à l'énergie thermique, il est possible de réduire les émissions de carbone et d'accroître l'efficacité, de limiter l'abandon de l'éolien et de l'électricité, de favoriser l'allocation des capacités et d'améliorer l'économie globale et le fonctionnement propre de l'ensemble du système.
Renforcer l'optimisation et l'intégration des ressources d'infrastructure, coordonner la sécurité, la qualité et la gestion de l'avancement de 30 projets en construction, promouvoir vigoureusement la construction mécanisée, le contrôle intelligent et la construction standardisée, optimiser la période de construction et garantir que la capacité de stockage par pompage dépassera 20 millions de kilowatts au cours de la période du « 14e Plan quinquennal ». kilowatts, et la capacité installée en exploitation dépassera 70 millions de kilowatts d'ici 2030.
Deuxièmement, il faut s'efforcer de mettre en place une gestion optimisée. Il s'agit de renforcer les orientations de planification, de se concentrer sur l'objectif « double carbone » et la mise en œuvre de la stratégie de l'entreprise, et d'assurer une préparation rigoureuse du « 14e plan quinquennal » de développement du pompage-turbinage. Optimiser scientifiquement les procédures préliminaires du projet et faire progresser l'étude de faisabilité et l'approbation du projet de manière ordonnée. En mettant l'accent sur la sécurité, la qualité, les délais de construction et les coûts, promouvoir activement une gestion et un contrôle intelligents, la construction mécanisée et la construction écologique des ouvrages d'ingénierie afin de garantir que les projets en cours puissent produire des résultats dans les meilleurs délais.
Approfondir la gestion du cycle de vie des équipements, approfondir la recherche sur l'entretien du réseau électrique des unités, optimiser la stratégie d'exploitation des unités et assurer pleinement le fonctionnement sûr et stable du réseau électrique. Approfondir la gestion allégée multidimensionnelle, accélérer la construction d'une chaîne d'approvisionnement intelligente et moderne, améliorer le système de gestion des matériaux, allouer de manière scientifique les capitaux, les ressources, la technologie, les données et autres facteurs de production, améliorer considérablement la qualité et l'efficacité, et améliorer globalement l'efficacité de la gestion et l'efficience opérationnelle.
Troisièmement, il s'agit de rechercher des avancées technologiques majeures. Il s'agit de mettre en œuvre en profondeur le « Plan d'action pour un nouveau bond en avant » en matière d'innovation scientifique et technologique, d'accroître les investissements dans la recherche scientifique et d'améliorer la capacité d'innovation indépendante. Il s'agit d'intensifier l'application de la technologie des unités à vitesse variable, de renforcer la recherche et le développement technologiques des unités de grande capacité de 400 mégawatts, d'accélérer la construction de laboratoires de modélisation de pompes-turbines et de laboratoires de simulation, et de déployer tous les efforts possibles pour créer une plateforme d'innovation scientifique et technologique indépendante.
Optimiser la structure de la recherche scientifique et l'allocation des ressources, renforcer la recherche sur la technologie de base du pompage-turbinage et s'efforcer de surmonter le problème technique de « blocage ». Approfondir la recherche sur l'application de nouvelles technologies telles que la « chaîne intelligente IoT du Big Cloud », déployer pleinement la construction de centrales électriques intelligentes numériques et accélérer la transformation numérique des entreprises.
Date de publication : 07/03/2022
