नई विद्युत प्रणाली के अनुकूल पंपिंग और भंडारण प्रणाली के विकास में आने वाली समस्याएं और उनके समाधान

कार्बन उत्सर्जन को चरम पर पहुंचाने और कार्बन को बेअसर करने के लक्ष्य को प्राप्त करने और एक नई विद्युत प्रणाली के निर्माण में सहायता के लिए, चाइना सदर्न पावर ग्रिड कॉर्पोरेशन ने 2030 तक दक्षिणी क्षेत्र में एक नई विद्युत प्रणाली का बुनियादी निर्माण करने और 2060 तक इसे पूरी तरह से विकसित करने का स्पष्ट प्रस्ताव रखा है। इस प्रक्रिया में, हम पंप स्टोरेज को तेजी से विकसित करेंगे। चौदहवीं, पंद्रहवीं और सोलहवीं पंचवर्षीय योजना अवधि के दौरान क्रमशः 60 लाख किलोवाट, 150 लाख किलोवाट और 150 लाख किलोवाट की स्थापित क्षमता बढ़ाने की योजना है। हम 2035 तक दक्षिणी क्षेत्र में लगभग 440 लाख किलोवाट की पंप स्टोरेज क्षमता प्राप्त करने का प्रयास करेंगे, जिससे यह एक नए प्रकार का विद्युत प्रणाली व्यवधान संतुलनक, लोड संतुलनक और विद्युत ग्रिड स्टेबलाइजर बन जाएगा।
स्रोत: वीचैट का आधिकारिक खाता “चीन ऊर्जा मीडिया इंटेलिजेंट मैन्युफैक्चरिंग”
लेखक: पेंग युमिन, ऊर्जा भंडारण अनुसंधान संस्थान, चीन दक्षिणी विद्युत ग्रिड पीक शेविंग और आवृत्ति मॉड्यूलेशन विद्युत उत्पादन कंपनी लिमिटेड

नई विद्युत प्रणाली की मुख्य विशेषताएं
नई विद्युत प्रणाली में स्वच्छ ऊर्जा का प्रभुत्व है, और ऊर्जा खपत में नई ऊर्जा का अनुपात लगातार बढ़ता रहेगा, जिससे धीरे-धीरे ऊर्जा उपयोग का एक ऐसा स्वरूप बनेगा जिसमें नई ऊर्जा, जलविद्युत और परमाणु ऊर्जा मुख्य विद्युत उत्पादन स्रोत होंगे। कार्बन तटस्थता के लक्ष्य को पूरा करने के लिए जीवाश्म ऊर्जा की खपत को धीरे-धीरे कम किया जाएगा, और जीवाश्म ऊर्जा की शेष स्थापित क्षमता का उपयोग नई विद्युत प्रणाली की बैकअप विद्युत आपूर्ति के रूप में किया जाएगा। नई विद्युत प्रणाली में, नई ऊर्जा को केंद्रीकृत और वितरित तरीके से विद्युत ग्रिड से जोड़ा जाएगा। केंद्रीकृत पहुंच के संदर्भ में, दक्षिणी क्षेत्र 2025 तक 24 मिलियन किलोवाट से अधिक की तटवर्ती पवन ऊर्जा, 20 मिलियन किलोवाट से अधिक की अपतटीय पवन ऊर्जा और 56 मिलियन किलोवाट से अधिक की फोटोवोल्टिक पहुंच प्राप्त करने का प्रयास कर रहा है। वितरित पहुंच के संदर्भ में, स्थानीय परिस्थितियों के अनुसार विभिन्न क्षेत्रों में कम क्षमता, कम वोल्टेज स्तर वाले ग्रिड से जुड़े और आस-पास उपयोग किए जा सकने वाले वितरित विद्युत स्रोतों का निर्माण किया जाएगा।
नई ऊर्जा को मुख्य आधार मानकर चलने वाली नई विद्युत प्रणाली में, नई ऊर्जा विद्युत उत्पादन उपकरणों का वास्तविक उत्पादन मौसम संबंधी वातावरण से अत्यधिक प्रभावित होता है, जिसमें अनियमितता, अस्थिरता और अनिश्चितता जैसे स्पष्ट लक्षण पाए जाते हैं। विद्युत ऊर्जा प्रतिस्थापन, घरेलू ऊर्जा भंडारण उपकरण और स्मार्ट होम के व्यापक अनुप्रयोग से उपयोगकर्ता पक्ष का भार विविध और परस्पर संवादात्मक दिशाओं में विकसित हो रहा है, और उपयोगकर्ता टर्मिनल एक उपभोक्ता और उत्पादक दोनों की भूमिका निभा रहा है। नई ऊर्जा को मुख्य आधार मानकर चलने वाली नई विद्युत प्रणाली में नई ऊर्जा और विद्युत इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का उच्च अनुपात होने के कारण "दोहरा उच्च" गुण मौजूद हैं। नई ऊर्जा के बड़े पैमाने पर उतार-चढ़ाव और विभिन्न चरम स्थितियों से निपटने के लिए, पंप स्टोरेज की स्थापित क्षमता को नई ऊर्जा की स्थापित क्षमता और उत्पादन पैमाने के अनुरूप रखना आवश्यक है। नई ऊर्जा के उत्पादन में असामान्यता होने पर, पंप स्टोरेज को ग्रिड की नई विद्युत प्रणाली की स्थिति को यथासंभव बनाए रखना चाहिए और नई विद्युत प्रणाली को पारंपरिक विद्युत प्रणाली में परिवर्तित होने से रोकना चाहिए। इसलिए, पंप स्टोरेज विद्युत स्टेशनों का विकास और निर्माण अधिक तीव्र और बड़े पैमाने पर होगा।
पंप स्टोरेज के तीव्र और बड़े पैमाने पर विकास की समस्याएं और उनके समाधान
तीव्र और व्यापक विकास एवं निर्माण के कारण सुरक्षा, गुणवत्ता और कर्मचारियों की कमी जैसी समस्याएं उत्पन्न हो गई हैं। नई विद्युत प्रणाली की निर्माण आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए प्रति वर्ष कई पंप स्टोरेज विद्युत स्टेशनों के निर्माण को मंजूरी दी जा रही है। निर्माण की आवश्यक अवधि भी 8-10 वर्ष से घटकर 4-6 वर्ष रह गई है। परियोजना के तीव्र विकास एवं निर्माण से सुरक्षा, गुणवत्ता और कर्मचारियों की कमी जैसी समस्याएं उत्पन्न होना अपरिहार्य है।
परियोजनाओं के तीव्र विकास और निर्माण से उत्पन्न समस्याओं की एक श्रृंखला को हल करने के लिए, निर्माण और परियोजना प्रबंधन इकाइयों को सर्वप्रथम पंप स्टोरेज पावर प्लांटों के सिविल इंजीनियरिंग के मशीनीकरण और बुद्धिमत्ता पर तकनीकी अनुसंधान और अभ्यास करना आवश्यक है। बड़ी संख्या में भूमिगत गुफाओं की खुदाई के लिए टीबीएम (टनल बोरिंग मशीन) तकनीक का उपयोग किया जा रहा है, और पंप स्टोरेज पावर स्टेशन की विशेषताओं के अनुरूप टीबीएम उपकरण विकसित किए गए हैं, तथा एक निर्माण तकनीकी योजना तैयार की गई है। सिविल निर्माण के दौरान खुदाई, परिवहन, सहायता और उल्टे मेहराब जैसी विभिन्न परिचालन स्थितियों को ध्यान में रखते हुए, मशीनीकृत और बुद्धिमान निर्माण की संपूर्ण प्रक्रिया के लिए एक सहायक अनुप्रयोग योजना विकसित की गई है, और एकल प्रक्रिया उपकरणों के बुद्धिमान संचालन, संपूर्ण प्रक्रिया निर्माण प्रणाली के स्वचालन, उपकरण निर्माण सूचना के डिजिटलीकरण, दूरस्थ नियंत्रण यांत्रिक उपकरणों के मानवरहित निर्माण, निर्माण गुणवत्ता के बुद्धिमान बोध विश्लेषण आदि विषयों पर अनुसंधान किया गया है, तथा विभिन्न मशीनीकृत और बुद्धिमान निर्माण उपकरण और प्रणालियाँ विकसित की गई हैं।
यांत्रिक और विद्युत अभियांत्रिकी के मशीनीकरण और बुद्धिमत्ता के संदर्भ में, हम ऑपरेटरों की संख्या कम करने, कार्य कुशलता में सुधार करने, कार्य जोखिमों को कम करने आदि पहलुओं से मशीनीकरण और बुद्धिमत्ता की अनुप्रयोग मांग और संभावना का विश्लेषण कर सकते हैं, और यांत्रिक और विद्युत उपकरण स्थापना के विभिन्न संचालन परिदृश्यों के लिए विभिन्न यांत्रिक और विद्युत अभियांत्रिकी मशीनीकरण और बुद्धिमत्ता निर्माण उपकरण और प्रणालियाँ विकसित कर सकते हैं।
इसके अतिरिक्त, 3डी इंजीनियरिंग डिजाइन और सिमुलेशन तकनीक का उपयोग कुछ सुविधाओं और उपकरणों को पहले से तैयार करने और उनका अनुकरण करने के लिए भी किया जा सकता है, जिससे न केवल काम का कुछ हिस्सा पहले से पूरा किया जा सकता है, साइट पर निर्माण अवधि को कम किया जा सकता है, बल्कि कार्यात्मक स्वीकृति और गुणवत्ता नियंत्रण भी पहले से किया जा सकता है, जिससे गुणवत्ता और सुरक्षा प्रबंधन स्तर में प्रभावी रूप से सुधार होता है।
विद्युत संयंत्रों के बड़े पैमाने पर संचालन से विश्वसनीय संचालन, बुद्धिमत्तापूर्ण और सघन मांग की समस्या उत्पन्न होती है। पंप स्टोरेज विद्युत संयंत्रों के बड़े पैमाने पर संचालन से उच्च परिचालन और रखरखाव लागत, कर्मचारियों की कमी आदि जैसी समस्याएं उत्पन्न होती हैं। परिचालन और रखरखाव लागत को कम करने के लिए, पंप स्टोरेज इकाइयों की परिचालन विश्वसनीयता में सुधार करना महत्वपूर्ण है; कर्मचारियों की कमी की समस्या को हल करने के लिए, विद्युत संयंत्र के बुद्धिमत्तापूर्ण और सघन परिचालन प्रबंधन को लागू करना आवश्यक है।
उपकरण के प्रकार के चयन और डिज़ाइन के संदर्भ में, इकाई की परिचालन विश्वसनीयता में सुधार के लिए तकनीशियनों को पंप स्टोरेज पावर प्लांट के डिज़ाइन और संचालन में व्यावहारिक अनुभव का गहन अध्ययन करना होगा, पंप स्टोरेज पावर प्लांट के संबंधित उपकरण उपप्रणालियों पर अनुकूलन डिज़ाइन, प्रकार चयन और मानकीकरण अनुसंधान करना होगा, और उपकरण चालू करने, दोष निवारण और रखरखाव के अनुभव के अनुसार उन्हें समय-समय पर अद्यतन करना होगा। उपकरण निर्माण के संदर्भ में, पारंपरिक पंप स्टोरेज इकाइयों में अभी भी कुछ प्रमुख उपकरण निर्माण प्रौद्योगिकियां विदेशी निर्माताओं के पास हैं। इन "अस्पष्ट" उपकरणों पर स्थानीयकरण अनुसंधान करना और वर्षों के संचालन और रखरखाव के अनुभव और रणनीतियों को उनमें एकीकृत करना आवश्यक है, ताकि इन प्रमुख मुख्य उपकरणों की उत्पाद गुणवत्ता और परिचालन विश्वसनीयता में प्रभावी ढंग से सुधार किया जा सके। उपकरण संचालन निगरानी के संदर्भ में, तकनीशियनों को उपकरण की स्थिति अवलोकनशीलता और मापनीयता के दृष्टिकोण से उपकरण स्थिति निगरानी तत्व विन्यास मानकों को व्यवस्थित रूप से तैयार करना होगा, आंतरिक सुरक्षा आवश्यकताओं के आधार पर उपकरण नियंत्रण रणनीतियों, स्थिति निगरानी रणनीतियों और स्वास्थ्य मूल्यांकन विधियों पर गहन अनुसंधान करना होगा, उपकरण स्थिति निगरानी के लिए एक बुद्धिमान विश्लेषण और प्रारंभिक चेतावनी मंच बनाना होगा, उपकरण में छिपे खतरों का पहले से पता लगाना होगा और समय पर प्रारंभिक चेतावनी देनी होगी।
विद्युत संयंत्र के बुद्धिमान और गहन संचालन प्रबंधन को साकार करने के लिए, तकनीशियनों को उपकरण नियंत्रण और संचालन के संदर्भ में उपकरण स्वचालित नियंत्रण या एक कुंजी संचालन प्रौद्योगिकी पर शोध करने की आवश्यकता है, ताकि कर्मियों के हस्तक्षेप के बिना इकाई के पूर्णतः स्वचालित प्रारंभ और शटडाउन तथा लोड विनियमन को साकार किया जा सके, और संचालन अनुक्रमण तथा बहुआयामी बुद्धिमान पुष्टिकरण को यथासंभव साकार किया जा सके; उपकरण निरीक्षण के संदर्भ में, तकनीशियन मशीन दृष्टि बोध, मशीन श्रवण बोध, रोबोट निरीक्षण और अन्य पहलुओं पर तकनीकी शोध कर सकते हैं, तथा निरीक्षण मशीनों के प्रतिस्थापन पर तकनीकी अभ्यास कर सकते हैं; विद्युत स्टेशन के गहन संचालन के संदर्भ में, पंप स्टोरेज विद्युत स्टेशनों के विकास के कारण ड्यूटी पर मानव संसाधनों की कमी की समस्या को प्रभावी ढंग से हल करने के लिए एक व्यक्ति और कई संयंत्रों की केंद्रीकृत निगरानी प्रौद्योगिकी पर शोध और अभ्यास करना आवश्यक है।
वितरित नए ऊर्जा स्रोतों की व्यापक खपत के कारण पंप स्टोरेज का लघुकरण और बहु-ऊर्जा पूरकता का एकीकृत संचालन आवश्यक हो गया है। नई विद्युत प्रणाली की एक उल्लेखनीय विशेषता यह है कि निम्न-वोल्टेज ग्रिड में विभिन्न क्षेत्रों में बड़ी संख्या में छोटे पैमाने के नए ऊर्जा स्रोत बिखरे हुए हैं। इन वितरित नए ऊर्जा स्रोतों को यथासंभव अवशोषित और उपयोग करने तथा बड़े विद्युत ग्रिड की बिजली की भीड़ को प्रभावी ढंग से कम करने के लिए, निम्न-वोल्टेज विद्युत ग्रिड के माध्यम से नए ऊर्जा के स्थानीय भंडारण, खपत और उपयोग को साकार करने हेतु वितरित नए ऊर्जा स्रोतों के निकट वितरित पंप स्टोरेज इकाइयों का निर्माण करना आवश्यक है। अतः, पंप स्टोरेज के लघुकरण और बहु-ऊर्जा पूरकता के एकीकृत संचालन की समस्याओं का समाधान करना अनिवार्य है।
इंजीनियरों और तकनीशियनों के लिए यह आवश्यक है कि वे विभिन्न प्रकार के वितरित पंप स्टोरेज पावर स्टेशनों के स्थल चयन, डिजाइन और निर्माण, नियंत्रण रणनीति और एकीकृत अनुप्रयोग पर सक्रिय रूप से शोध करें, जिनमें छोटे प्रतिवर्ती पंप स्टोरेज यूनिट, पंप और टर्बाइन का समाक्षीय स्वतंत्र संचालन, छोटे जलविद्युत स्टेशनों और पंप स्टेशनों का संयुक्त संचालन आदि शामिल हैं; साथ ही, पंप स्टोरेज और पवन, प्रकाश और जलविद्युत की एकीकृत संचालन तकनीक पर शोध और परियोजना प्रदर्शन किया जाए ताकि नई विद्युत प्रणाली में ऊर्जा दक्षता और आर्थिक परस्पर क्रिया की खोज के लिए तकनीकी समाधान प्रस्तावित किए जा सकें।
उच्च प्रत्यास्थ विद्युत ग्रिड के अनुकूल परिवर्तनीय गति वाले पंप भंडारण इकाइयों की तकनीकी "अवरोध" की समस्या। परिवर्तनीय गति वाले पंप भंडारण इकाइयों में प्राथमिक आवृत्ति विनियमन के प्रति तीव्र प्रतिक्रिया, पंप की कार्यशील परिस्थितियों में समायोज्य इनपुट बल और इष्टतम वक्र पर इकाई का संचालन, साथ ही संवेदनशील प्रतिक्रिया और उच्च जड़त्व आघूर्ण जैसी विशेषताएं होती हैं। विद्युत ग्रिड की अनियमितता और अस्थिरता को प्रभावी ढंग से नियंत्रित करने, उत्पादन पक्ष और उपयोगकर्ता पक्ष पर नई ऊर्जा द्वारा उत्पन्न अतिरिक्त बिजली को अधिक सटीक रूप से समायोजित और अवशोषित करने, और उच्च प्रत्यास्थ और अंतःक्रियाशील विद्युत ग्रिड के भार संतुलन को बेहतर ढंग से नियंत्रित करने के लिए, विद्युत ग्रिड में परिवर्तनीय गति इकाइयों का अनुपात बढ़ाना आवश्यक है। हालांकि, वर्तमान में, परिवर्तनीय गति वाले जल पंपिंग और भंडारण इकाइयों की अधिकांश प्रमुख प्रौद्योगिकियां अभी भी विदेशी निर्माताओं के हाथों में हैं, और तकनीकी "अवरोध" की समस्या का समाधान होना बाकी है।
प्रमुख कोर प्रौद्योगिकियों के स्वतंत्र नियंत्रण को साकार करने के लिए, घरेलू वैज्ञानिक अनुसंधान और तकनीकी बलों को केंद्रित करना आवश्यक है ताकि परिवर्तनीय गति जनरेटर मोटरों और पंप टर्बाइनों के डिजाइन और विकास, एसी उत्तेजना कन्वर्टर्स के लिए नियंत्रण रणनीतियों और उपकरणों के विकास, परिवर्तनीय गति इकाइयों के लिए समन्वित नियंत्रण रणनीतियों और उपकरणों के विकास, परिवर्तनीय गति इकाइयों के लिए गवर्नर नियंत्रण रणनीतियों के अनुसंधान, परिवर्तनीय गति इकाइयों के लिए कार्यशील स्थिति रूपांतरण प्रक्रिया और एकीकृत नियंत्रण रणनीतियों के अनुसंधान को गहराई से अंजाम दिया जा सके, और बड़े परिवर्तनीय गति इकाइयों के पूर्ण स्थानीयकृत डिजाइन और निर्माण तथा इंजीनियरिंग प्रदर्शन अनुप्रयोग को साकार किया जा सके।