Afin d'atteindre l'objectif de « pic et neutralisation carbone » et de construire un nouveau système électrique, la China Southern Power Grid Corporation a clairement proposé de construire un nouveau système électrique dans le sud d'ici 2030 et un système complet d'ici 2060. Dans ce cadre, nous développerons activement le pompage-turbinage. Il est prévu d'augmenter la capacité installée de 6 millions de kilowatts, 15 millions de kilowatts et 15 millions de kilowatts respectivement au cours des quatorzième, quinzième et seizième plans quinquennaux. Nous nous efforcerons d'atteindre une capacité de pompage-turbinage d'environ 44 millions de kilowatts dans le sud d'ici 2035, ce qui en fera un nouveau type d'équilibreur de perturbations, d'équilibreur de charge et de stabilisateur de réseau électrique.
Source : compte officiel WeChat « China Energy Media Intelligent Manufacturing »
Auteur : Peng Yumin, Institut de recherche sur le stockage d'énergie de China Southern Power Grid Écrêtement des pointes et modulation de fréquence Power Generation Co., Ltd
Principales caractéristiques du nouveau système électrique
Le nouveau système électrique est dominé par les énergies propres. La part des nouvelles énergies dans la consommation énergétique continuera d'augmenter, formant progressivement une nouvelle forme d'utilisation de l'énergie, les énergies nouvelles, l'hydroélectricité et le nucléaire étant les principales sources de production. La part des énergies fossiles dans la consommation sera progressivement réduite afin d'atteindre l'objectif de neutralité carbone, et la capacité installée restante d'énergie fossile servira d'alimentation de secours au nouveau système électrique. Dans ce nouveau système, les nouvelles énergies seront connectées au réseau électrique de manière centralisée et décentralisée. En termes d'accès centralisé, la région Sud s'efforce d'atteindre une puissance éolienne terrestre de plus de 24 millions de kilowatts, une puissance éolienne offshore de plus de 20 millions de kilowatts et un accès photovoltaïque de plus de 56 millions de kilowatts d'ici 2025. En termes d'accès décentralisé, des sources d'énergie décentralisées de faible capacité, à faible tension et pouvant être consommées à proximité du réseau seront construites dans différentes régions en fonction des conditions locales.
Dans le nouveau système électrique axé sur les énergies renouvelables, la production réelle des équipements de production d'électricité est fortement influencée par les conditions météorologiques, caractérisées par leur caractère aléatoire, leur volatilité et leur intermittence. Le recours généralisé à la substitution de l'énergie électrique, aux équipements de stockage d'énergie domestique et à la maison intelligente entraîne une diversification et une interaction de la charge côté utilisateur, et l'utilisateur entre dans un nouveau mode de consommation et de production. Ce nouveau système électrique, axé sur les énergies renouvelables, présente des caractéristiques de « double intensité » : une forte proportion d'énergies renouvelables et une forte proportion d'équipements électroniques de puissance. Afin de faire face aux fluctuations importantes des énergies renouvelables et aux diverses situations extrêmes, il est nécessaire d'adapter la capacité installée du pompage-turbinage à la puissance installée et à la production des énergies renouvelables. En cas de production anormale, le pompage-turbinage doit maintenir autant que possible l'état du nouveau système électrique du réseau et empêcher sa transformation en système électrique traditionnel. Par conséquent, le développement et la construction de centrales de pompage-turbinage seront plus rapides et à plus grande échelle.
Problèmes et contre-mesures du développement rapide et à grande échelle du pompage-turbinage
Le développement et la construction rapides et à grande échelle ont engendré des problèmes de sécurité, de qualité et de pénurie de personnel. Afin de répondre aux besoins de construction du nouveau réseau électrique, la construction de plusieurs centrales de pompage-turbinage est approuvée chaque année. La durée de construction a également été considérablement raccourcie, passant de 8 à 10 ans à 4 à 6 ans. Le développement et la construction rapides du projet entraîneront inévitablement des problèmes de sécurité, de qualité et de pénurie de personnel.
Afin de résoudre une série de problèmes posés par le développement et la construction rapides des projets, les unités de construction et de gestion de projet doivent d'abord mener des recherches et des pratiques techniques sur la mécanisation et l'intelligence du génie civil des centrales de pompage-turbinage. La technologie TBM (Tunnel Boring Machine) est introduite pour l'excavation d'un grand nombre de cavernes souterraines. Des équipements TBM sont développés en combinaison avec les caractéristiques des centrales de pompage-turbinage, et un schéma technique de construction est élaboré. Compte tenu des différents scénarios d'exploitation tels que l'excavation, le transport, le soutènement et la voûte inversée pendant les travaux de génie civil, un schéma d'application pour l'ensemble du processus de construction mécanisée et intelligente a été développé. Des recherches ont été menées sur des sujets tels que le fonctionnement intelligent des équipements monoprocessus, l'automatisation de l'ensemble du système de construction, la numérisation des informations de construction des équipements, la construction sans pilote d'équipements mécaniques télécommandés, l'analyse de la perception intelligente de la qualité de la construction, etc. Développer divers équipements et systèmes de construction mécanisés et intelligents.
En termes de mécanisation et d'intelligence de l'ingénierie mécanique et électrique, nous pouvons analyser la demande d'application et la possibilité de mécanisation et d'intelligence sous l'angle de la réduction du nombre d'opérateurs, de l'amélioration de l'efficacité du travail, de la réduction des risques au travail, etc., et développer divers équipements et systèmes de construction de mécanisation et d'intelligence de l'ingénierie mécanique et électrique pour divers scénarios de fonctionnement d'installation d'équipements mécaniques et électriques.
En outre, la technologie de conception et de simulation d'ingénierie 3D peut également être utilisée pour préfabriquer et simuler à l'avance certaines installations et certains équipements, ce qui peut non seulement terminer une partie des travaux à l'avance, raccourcir la période de construction sur site, mais également effectuer l'acceptation fonctionnelle et le contrôle qualité à l'avance, améliorant ainsi efficacement le niveau de gestion de la qualité et de la sécurité.
L'exploitation à grande échelle des centrales pose le problème de la fiabilité de leur exploitation et de la gestion intelligente et intensive de leur demande. L'exploitation à grande échelle des centrales de pompage-turbinage engendre des problèmes tels que des coûts d'exploitation et de maintenance élevés et une pénurie de personnel. Pour réduire ces coûts, il est essentiel d'améliorer la fiabilité de fonctionnement des unités de pompage-turbinage. Pour remédier à la pénurie de personnel, il est nécessaire de mettre en place une gestion intelligente et intensive de l'exploitation des centrales.
Pour améliorer la fiabilité de fonctionnement de l'unité, en termes de sélection et de conception des équipements, les techniciens doivent analyser en profondeur l'expérience pratique en matière de conception et d'exploitation des centrales de pompage-turbinage, mener des recherches sur l'optimisation de la conception, la sélection des types et la normalisation des sous-systèmes d'équipement concernés, et les mettre à jour de manière itérative en fonction de l'expérience acquise lors de la mise en service, de la gestion des pannes et de la maintenance des équipements. Concernant la fabrication des équipements, les centrales de pompage-turbinage traditionnelles disposent encore de technologies clés détenues par des fabricants étrangers. Il est nécessaire de mener des recherches sur la localisation de ces équipements « d'étranglement » et d'y intégrer des années d'expérience et de stratégies d'exploitation et de maintenance, afin d'améliorer efficacement la qualité des produits et la fiabilité de fonctionnement de ces équipements clés. En termes de surveillance du fonctionnement des équipements, les techniciens doivent formuler systématiquement des normes de configuration des éléments de surveillance de l'état des équipements du point de vue de l'observabilité et de la mesurabilité de l'état des équipements, mener des recherches approfondies sur les stratégies de contrôle des équipements, les stratégies de surveillance de l'état et les méthodes d'évaluation de la santé basées sur les exigences de sécurité intrinsèque, créer une plate-forme d'analyse intelligente et d'alerte précoce pour la surveillance de l'état des équipements, trouver à l'avance les dangers cachés dans les équipements et lancer une alerte précoce en temps opportun.
Français Afin de réaliser une gestion intelligente et intensive de l'exploitation de la centrale électrique, les techniciens doivent effectuer des recherches sur le contrôle automatique de l'équipement ou une technologie d'exploitation clé en termes de contrôle et d'exploitation de l'équipement, afin de réaliser un démarrage et un arrêt entièrement automatiques et une régulation de charge de l'unité sans intervention du personnel, et réaliser un séquençage des opérations et une confirmation intelligente multidimensionnelle dans la mesure du possible ; En termes d'inspection de l'équipement, les techniciens peuvent effectuer des recherches techniques sur la perception de la vision artificielle, la perception auditive de la machine, l'inspection des robots et d'autres aspects, et effectuer des pratiques techniques sur le remplacement des machines d'inspection ; En termes d'exploitation intensive de la centrale électrique, il est nécessaire d'effectuer des recherches et des pratiques sur la technologie de surveillance centralisée d'une personne et de plusieurs centrales pour résoudre efficacement le problème de pénurie de ressources humaines en service provoqué par le développement des centrales de pompage-turbinage.
La miniaturisation du pompage-turbinage et le fonctionnement intégré de la complémentarité énergétique sont le résultat de la consommation d'un grand nombre de nouvelles sources d'énergie décentralisées. Une caractéristique remarquable du nouveau système électrique réside dans la présence d'un grand nombre de nouvelles sources d'énergie de petite taille, dispersées dans différentes zones du réseau, fonctionnant sur le réseau basse tension. Pour absorber et exploiter au mieux ces nouvelles sources d'énergie décentralisées et atténuer efficacement la congestion du grand réseau électrique, il est nécessaire de construire des unités de pompage-turbinage décentralisées à proximité des nouvelles sources d'énergie décentralisées afin de réaliser le stockage, la consommation et l'utilisation locaux de cette nouvelle énergie via les réseaux basse tension. Il est donc essentiel de résoudre les problèmes de miniaturisation du pompage-turbinage et de fonctionnement intégré de la complémentarité énergétique.
Il est nécessaire que les ingénieurs et les techniciens effectuent des recherches vigoureuses sur la sélection du site, la conception et la fabrication, la stratégie de contrôle et l'application intégrée de plusieurs types de centrales de pompage-turbinage distribuées, y compris les petites unités de pompage-turbinage réversibles, le fonctionnement coaxial indépendant des pompes et des turbines, le fonctionnement conjoint de petites centrales hydroélectriques et de stations de pompage, etc. En même temps, des recherches et des démonstrations de projets sur la technologie de fonctionnement intégrée du pompage-turbinage et de l'éolien, de la lumière et de l'hydroélectricité sont menées pour proposer des solutions techniques pour l'exploration de l'efficacité énergétique et de l'interaction économique dans le nouveau système électrique.
Le problème de la « durabilité » technique des unités de pompage-turbinage à vitesse variable adaptées aux réseaux électriques à haute élasticité. Les unités de pompage-turbinage à vitesse variable se caractérisent par une réponse rapide à la régulation de fréquence primaire, une force d'entrée réglable en conditions de fonctionnement de la pompe, un fonctionnement optimal, une réponse sensible et un moment d'inertie élevé. Afin de limiter efficacement les aléas et la volatilité du réseau électrique, d'ajuster et d'absorber plus précisément l'excédent d'énergie produit par la nouvelle énergie côté production et côté utilisateur, et de mieux contrôler l'équilibre de charge d'un réseau électrique hautement élastique et interactif, il est nécessaire d'augmenter la proportion d'unités à vitesse variable sur le réseau. Cependant, la plupart des technologies clés des unités de pompage-turbinage à vitesse variable sont encore détenues par des fabricants étrangers, et le problème de la « durabilité » technique doit être résolu.
Afin de réaliser le contrôle indépendant des technologies de base clés, il est nécessaire de concentrer la recherche scientifique nationale et les forces techniques pour mener à bien en profondeur la conception et le développement de moteurs de générateur à vitesse variable et de turbines de pompe, le développement de stratégies et de dispositifs de contrôle pour les convertisseurs d'excitation CA, le développement de stratégies et de dispositifs de contrôle coordonnés pour les unités à vitesse variable, la recherche de stratégies de contrôle de régulateur pour les unités à vitesse variable, la recherche de processus de conversion des conditions de travail et de stratégies de contrôle intégrées pour les unités à vitesse variable, Réaliser la conception de localisation complète et l'application de démonstration de fabrication et d'ingénierie de grandes unités à vitesse variable.
Date de publication : 09/12/2022
