A szivattyús energiatárolás a legszélesebb körben használt és legfejlettebb technológia a nagyméretű energiatárolásban, az erőművek beépített kapacitása elérheti a gigawattot. Jelenleg a világ legfejlettebb és legnagyobb beépített energiatárolója a szivattyús vízerőmű.
A szivattyús energiatározási technológia kiforrott és stabil, átfogó előnyökkel jár, és gyakran használják csúcsidőszaki szabályozásra és biztonsági mentésre. A szivattyús energiatárolás a legszélesebb körben használt és legfejlettebb technológia a nagyméretű energiatárolásban, az erőművek beépített kapacitása elérheti a gigawattot.
A Kínai Energiakutatási Szövetség Energiatárolási Szakmai Bizottságának hiányos statisztikái szerint a szivattyús vízerőművek jelenleg a világ legfejlettebb és legnagyobb beépített energiatárolója. 2019-re a világ üzemi energiatároló kapacitása elérte a 180 millió kilowattot, a szivattyús energiatárolás beépített kapacitása pedig meghaladta a 170 millió kilowattot, ami a világ teljes energiatárolásának 94%-át teszi ki.
A szivattyús-tározós erőművek az energiarendszer alacsony terhelési időszakában termelt villamos energiát használják fel arra, hogy vizet szivattyúzzanak egy magasabb helyre tárolás céljából, majd csúcsterhelési időszakokban vizet engedjenek ki belőle villamos energia előállítására. Alacsony terhelés esetén a szivattyús-tározós erőmű a felhasználó, csúcsterhelés esetén pedig az erőmű.
A szivattyús energiatároló egységnek két alapvető funkciója van: vízszivattyúzás és áramtermelés. Az egység vízturbinaként működik, amikor az energiaellátó rendszer terhelése a csúcson van. A vízturbina terelőlapátjának nyitását a szabályozórendszer szabályozza, és a víz helyzeti energiája az egység forgásának mechanikai energiájává alakul, majd a mechanikai energia a generátoron keresztül elektromos energiává alakul;
Amikor az energiarendszer terhelése alacsony, a vízszivattyú a vizet az alsó tartályból a felső tartályba pumpálja. A szabályozórendszer automatikus beállításának köszönhetően a vezetőlapát nyílása automatikusan a szivattyú emelésének megfelelően áll be, és az elektromos energia vízhelyzeti energiává alakul és tárolódik.
A szivattyús energiatározós erőművek főként a csúcsterhelés szabályozásáért, a frekvenciaszabályozásért, a vészhelyzeti tartalékellátásért és az energiarendszer feketeindításáért felelősek, amelyek javíthatják és kiegyensúlyozhatják az energiarendszer terhelését, javíthatják az energiaellátás minőségét és az energiarendszer gazdasági előnyeit, valamint gerincét képezik az energiahálózat biztonságos, gazdaságos és stabil működésének. A szivattyús energiatározós erőműveket „stabilizátoroknak”, „szabályozóknak” és „kiegyensúlyozóknak” nevezik az energiahálózatok biztonságos üzemeltetésében.
A világ szivattyús energiatározós erőműveinek fejlesztési trendjei a nagy szállítómagasság, a nagy kapacitás és a nagy sebesség. A nagy szállítómagasság azt jelenti, hogy az egység nagyobb szállítómagasságra fejlődik, a nagy kapacitás azt jelenti, hogy egyetlen egység kapacitása folyamatosan növekszik, a nagy sebesség pedig azt jelenti, hogy az egység nagyobb fajlagos sebességet vesz fel.
Erőmű szerkezete és jellemzői
A szivattyús-tározós erőmű fő épületei általában a következők: felső tározó, alsó tározó, vízellátó rendszer, műhely és egyéb speciális épületek. A hagyományos vízerőművekkel összehasonlítva a szivattyús-tározós erőművek vízi szerkezetei a következő főbb jellemzőkkel rendelkeznek:
Vannak felső és alsó tározók. Az azonos beépített kapacitású hagyományos vízerőművekhez képest a szivattyús-tározós erőművek tározókapacitása általában viszonylag kicsi.
A tározó vízszintje nagymértékben ingadozik, gyakran emelkedik és süllyed. A csúcsterhelés csökkentése és a völgyek feltöltése érdekében a villamosenergia-hálózatban a szivattyús-tározós erőmű tározójának vízszintjének napi ingadozása általában viszonylag nagy, általában meghaladja a 10-20 métert, egyes erőművekben pedig a 30-40 métert, a tározó vízszintjének változásának sebessége pedig viszonylag gyors, általában eléri az 5 ~ 8 m/h-t, sőt a 8 ~ 10 m/h-t is.
A tározó szivárgásának megakadályozására vonatkozó követelmények magasak. Ha a tisztán szivattyús-tározós erőmű a felső tározó szivárgása miatt nagy mennyiségű vízveszteséget okoz, az erőmű energiatermelése csökkenni fog. Ugyanakkor a projektterület hidrogeológiai viszonyainak romlása és a szivárgási károsodás, valamint a koncentrált szivárgás megelőzése érdekében a vízszivárgás megakadályozása érdekében a tározó szivárgásának megakadályozására is magasabb követelményeket támasztanak.
A vízszint magas. A szivattyús-tározós erőmű vízszintje általában magas, többnyire 200-800 méter. A Jixi szivattyús-tározós erőmű, amelynek teljes beépített kapacitása 1,8 millió kilowatt, az ország első 650 méteres szállítótávolságú projektje, a Dunhua szivattyús-tározós erőmű pedig, amelynek teljes beépített kapacitása 1,4 millió kilowatt, az ország első 700 méteres szállítótávolságú projektje. A szivattyús-tározós technológia folyamatos fejlesztésével a nagy szállítótávolságú, nagy kapacitású erőművek száma hazánkban növekedni fog.
Az egységet alacsony tengerszint feletti magasságban telepítették. Az erőműre nehezedő felhajtóerő és szivárgás hatásának leküzdésére az utóbbi években itthon és külföldön épített nagyméretű szivattyús-tározós erőművek többnyire földalatti erőművek formájában épültek.
A világ legkorábbi szivattyús energiatározós erőműve a zürichi Netra szivattyús energiatározós erőmű, amelyet 1882-ben építettek. Kínában a szivattyús energiatározós erőművek építése viszonylag későn kezdődött. Az első ferde áramlású, megfordítható üzemű egységet 1968-ban telepítették a Gangnan-víztározóban. Később, a hazai energiaipar gyors fejlődésével az atomenergia és a hőenergia beépített kapacitása gyorsan nőtt, ami szükségessé tette az energiarendszer felszerelését megfelelő szivattyús energiatározókkal.
Az 1980-as évek óta Kína erőteljesen elkezdte építeni a nagyméretű szivattyús energiatározós erőműveket. Az elmúlt években, az ország gazdaságának és energetikai iparának gyors fejlődésével, országom gyümölcsöző tudományos és technológiai eredményeket ért el a nagyméretű szivattyús energiatározó egységek berendezéseinek autonómiája terén.
2020 végére hazám beépített szivattyús energiatározós energiatermelő kapacitása 31,49 millió kilowatt volt, ami 4,0%-os növekedést jelent az előző évhez képest. 2020-ban a nemzeti szivattyús energiatározós energiatermelő kapacitás 33,5 milliárd kWh volt, ami 5,0%-os növekedést jelent az előző évhez képest; az ország újonnan hozzáadott szivattyús energiatározós energiatermelő kapacitása 1,2 millió kWh volt. Hazám szivattyús energiatározós erőművei, mind a termelésben lévő, mind az építés alatt álló erőművek, a világelsők közé tartoznak.
A kínai állami villamosenergia-hálózat (State Grid Corporation) mindig is nagy jelentőséget tulajdonított a szivattyús energiatárolás fejlesztésének. Jelenleg a State Gridnek 22 működő és 30 építés alatt álló szivattyús energiatározós erőműve van.
2016-ban megkezdődött öt szivattyús tárolós erőmű építése Zhen'anban, Shaanxiban, Jurongban, Jiangsuban, Qingyuanban, Liaoningban, Hsziamenben, Fujianban és Fukangban, Hszincsiangban;
2017-ben megkezdődött hat szivattyús tárolós erőmű építése Hebei Yi megyében, Zhirui Belső-Mongóliában, Ninghai Zhejiangban, Jinyun Zhejiangban, Luoning Henanban és Pingjiang Hunanban;
2019-ben megkezdődött öt szivattyús tározós erőmű építése a hebei Funingben, a Jilin-i Jiaohe-ban, a Zhejiang-i Qujiang-ban, a Shandong-i Weifangban és a hszincsiangi Hami-ban;
2020-ban négy szivattyús tárolós erőmű építése kezdődik meg Shanxi Yuanquban, Shanxi Hunyuanban, Zhejiang Pan'anban és Shandong Tai'anban.
Hazám első teljesen autonóm egységberendezéssel rendelkező szivattyús energiatározós erőműve. Az erőmű 2011 októberében sikeresen elkészült, ami azt jelzi, hogy hazám sikeresen elsajátította a szivattyús energiatározós berendezések fejlesztésének alapvető technológiáját.
2013 áprilisában hivatalosan is üzembe helyezték a Fujian Xianyou szivattyús-tározós erőművet energiatermelésre; 2016 áprilisában sikeresen csatlakoztatták a hálózathoz a 375 000 kilowatt egységkapacitású Zhejiang Xianju szivattyús-tározós erőművet. A nagyméretű szivattyús-tározó egységek autonóm berendezései hazánkban folyamatosan népszerűsödnek és kerülnek alkalmazásra.
Hazám első 700 méteres szivattyús-tározós erőműve. A teljes beépített kapacitás 1,4 millió kilowatt. 2021. június 4-én helyezték üzembe az 1. blokkot villamosenergia-termelés céljából.
A világ legnagyobb beépített kapacitású szivattyús-tározós erőműve jelenleg építés alatt áll. A teljes beépített kapacitás 3,6 millió kilowatt.
A szivattyús energiatározás alapvető, átfogó és nyilvános jellemzőkkel rendelkezik. Részt vehet az új energiarendszer forrásának, hálózatának, terhelésének és tárolókapcsolatainak szabályozási szolgáltatásaiban, és az átfogó előnyök jelentősek. Biztonságos energiaellátás-stabilizátort, tiszta, alacsony szén-dioxid-kibocsátású kiegyensúlyozót és nagy hatásfokú üzemszabályozót kínál. Fontos funkciói közé tartozik az energiarendszer biztonságos tápellátása.
Az első az, hogy hatékonyan kezeljük az energiarendszer megbízható tartalékkapacitásának hiányát az új energia nagy arányú elterjedése miatt. A kettős kapacitású csúcsszabályozás előnyével javíthatjuk az energiarendszer nagy kapacitású csúcsszabályozási kapacitását, és enyhíthetjük az új energia instabilitása és a mélypont okozta csúcsterhelés okozta csúcsterhelési ellátási problémát. Az új energia nagymértékű fejlesztése által okozott fogyasztási nehézségek ebben az időszakban jobban elősegíthetik az új energia fogyasztását.
A második az új energia kimeneti jellemzői és a terhelési igény közötti eltérés hatékony kezelése, a gyors reagálás rugalmas alkalmazkodóképességére támaszkodva, hogy jobban alkalmazkodjon az új energia véletlenszerűségéhez és volatilitásához, és kielégítse az új energia által „az időjárástól függően” előidézett rugalmas alkalmazkodási igényt.
A harmadik a nagy arányú új energiaellátó rendszer elégtelen tehetetlenségi nyomatékának hatékony kezelése. A szinkrongenerátor nagy tehetetlenségi nyomatékának előnyével hatékonyan növelhető a rendszer zavarvédelmi képessége és fenntartható a rendszerfrekvencia-stabilitása.
A negyedik a „dupla magas” forma új energiarendszerre gyakorolt potenciális biztonsági hatásának hatékony kezelése, a vészhelyzeti tartalék funkció átvétele, valamint a hirtelen beállítási igényekre való reagálás a gyors indítás-leállítás és a gyors teljesítménynövelési képességek révén. Ugyanakkor megszakítható terhelésként milliszekundumos válaszidővel biztonságosan eltávolíthatja a szivattyúegység névleges terhelését, és javíthatja a rendszer biztonságos és stabil működését.
Az ötödik az, hogy hatékonyan kezeljük a nagyszabású új energiahálózati csatlakozások által okozott magas alkalmazkodási költségeket. Ésszerű üzemeltetési módszereken, kombinálva a hőenergiával a szén-dioxid-kibocsátás csökkentése és a hatékonyság növelése érdekében, csökkentsük a szél- és fényenergia elhagyását, elősegítsük a kapacitáselosztást, valamint javítsuk a teljes rendszer gazdaságosságát és tiszta működését.
Az infrastrukturális erőforrások optimalizálásának és integrációjának megerősítése, 30 építés alatt álló projekt biztonsági, minőségi és előrehaladás-menedzsmentjének koordinálása, a gépesített építés, az intelligens vezérlés és a szabványosított építés erőteljes előmozdítása, az építési időszak optimalizálása, valamint annak biztosítása, hogy a szivattyús tárolókapacitás a „14. ötéves terv” időszakában meghaladja a 20 millió kilowattot, az üzemi beépített kapacitás pedig 2030-ra meghaladja a 70 millió kilowattot.
A második a lean menedzsment kemény munkája. A tervezési iránymutatás megerősítése, a „kettős szén-dioxid-kibocsátás” céljára és a vállalati stratégia megvalósítására összpontosítva, a szivattyús energiatározás „14. ötéves” fejlesztési tervének magas színvonalú előkészítése. A projekt előzetes munkafolyamatainak tudományos optimalizálása, valamint a projekt megvalósíthatósági tanulmányának és jóváhagyásának rendezett előmozdítása. A biztonságra, a minőségre, a kivitelezési időszakra és a költségekre összpontosítva, erőteljesen előmozdítva az intelligens irányítást és ellenőrzést, a gépesített építést és a zöld építést a mérnöki építkezésben annak biztosítása érdekében, hogy az építés alatt álló projektek a lehető leghamarabb eredményeket érjenek el.
A berendezések életciklus-menedzsmentjének elmélyítése, az egységek villamosenergia-hálózati szolgáltatásával kapcsolatos kutatások elmélyítése, az egységek üzemeltetési stratégiájának optimalizálása, valamint az villamosenergia-hálózat biztonságos és stabil működésének teljes körű kiszolgálása. A többdimenziós lean menedzsment elmélyítése, a modern intelligens ellátási lánc kiépítésének felgyorsítása, az anyaggazdálkodási rendszer fejlesztése, a tőke, az erőforrások, a technológia, az adatok és egyéb termelési tényezők tudományos elosztása, a minőség és a hatékonyság erőteljes javítása, valamint az irányítási hatékonyság és a működési hatékonyság átfogó javítása.
A harmadik a technológiai innováció áttöréseinek keresése. A tudományos és technológiai innovációra vonatkozó „Új Előrelépési Akcióterv” mélyreható végrehajtása, a tudományos kutatásba történő beruházások növelése és a független innováció képességének javítása. A változtatható sebességű egységtechnológia alkalmazásának növelése, a 400 megawattos nagykapacitású egységek technológiai kutatásának és fejlesztésének megerősítése, a szivattyú-turbina modelllaboratóriumok és szimulációs laboratóriumok építésének felgyorsítása, valamint minden erőfeszítés megtétele egy független tudományos és technológiai innovációs platform kiépítése érdekében.
Optimalizálja a tudományos kutatás elrendezését és erőforrás-elosztását, erősítse a szivattyús energiatározás alapvető technológiájával kapcsolatos kutatásokat, és törekedjen a „nyak-beragadás” technikai problémájának leküzdésére. Elmélyítse az olyan új technológiák alkalmazásának kutatását, mint a „Big Cloud IoT Smart Chain”, átfogóan telepítse a digitális intelligens erőművek építését, és felgyorsítsa a vállalkozások digitális átalakulását.
Közzététel ideje: 2022. márc. 7.
