L'accumulo idroelettrico a pompaggio è la tecnologia più diffusa e matura per lo stoccaggio di energia su larga scala, e la capacità installata delle centrali può raggiungere i gigawatt. Attualmente, il sistema di stoccaggio energetico a pompaggio più maturo e più esteso al mondo è quello idroelettrico a pompaggio.
La tecnologia di pompaggio idroelettrico è matura e stabile, offre elevati vantaggi complessivi ed è spesso utilizzata per la regolazione dei picchi di domanda e come riserva. Il pompaggio idroelettrico è la tecnologia più diffusa e matura nell'accumulo di energia su larga scala, e la capacità installata delle centrali elettriche può raggiungere i gigawatt.
Secondo le statistiche incomplete del Comitato per l'accumulo di energia dell'Associazione cinese per la ricerca energetica, l'idroelettrico a pompaggio è attualmente la tecnologia di accumulo energetico più matura e più estesa al mondo. Nel 2019, la capacità di accumulo energetico operativa a livello globale ha raggiunto i 180 milioni di kilowatt, di cui oltre 170 milioni di kilowatt erano installati per l'idroelettrico a pompaggio, pari al 94% della capacità di accumulo energetico mondiale totale.
Le centrali idroelettriche a pompaggio utilizzano l'elettricità generata durante i periodi di basso carico del sistema elettrico per pompare acqua in quota e immagazzinarla, rilasciandola poi per generare elettricità durante i periodi di picco. Quando il carico è basso, la centrale idroelettrica a pompaggio funge da utente; quando il carico è di picco, funge da centrale elettrica.
L'unità di pompaggio idroelettrico ha due funzioni principali: pompare acqua e generare elettricità. L'unità funziona come una turbina idraulica quando il carico del sistema elettrico è al suo picco. L'apertura delle pale direttrici della turbina idraulica viene regolata tramite il sistema di regolazione, e l'energia potenziale dell'acqua viene convertita in energia meccanica di rotazione dell'unità, che a sua volta viene convertita in energia elettrica tramite il generatore;
Quando il carico del sistema di alimentazione è basso, la pompa dell'acqua viene utilizzata per pompare l'acqua dal serbatoio inferiore a quello superiore. Grazie alla regolazione automatica del sistema di controllo, l'apertura delle pale direttrici viene regolata automaticamente in base alla prevalenza della pompa, e l'energia elettrica viene convertita in energia potenziale idrica e immagazzinata.
Le centrali idroelettriche a pompaggio sono principalmente responsabili della regolazione dei picchi di carico, della regolazione della frequenza, del backup di emergenza e dell'avvio a freddo del sistema elettrico, migliorando e bilanciando il carico, la qualità dell'alimentazione e i benefici economici del sistema, e rappresentano la spina dorsale per garantire il funzionamento sicuro, economico e stabile della rete elettrica. Le centrali idroelettriche a pompaggio sono note come "stabilizzatori", "regolatori" e "bilanciatori" per la sicurezza operativa delle reti elettriche.
La tendenza evolutiva delle centrali idroelettriche a pompaggio a livello mondiale è caratterizzata da elevata prevalenza, grande capacità e alta velocità. Elevata prevalenza significa che l'unità si sviluppa verso una maggiore prevalenza, grande capacità significa che la capacità di una singola unità è in continuo aumento e alta velocità significa che l'unità adotta una velocità specifica più elevata.
Struttura e caratteristiche della centrale elettrica
Gli edifici principali di una centrale idroelettrica a pompaggio comprendono generalmente: il bacino superiore, il bacino inferiore, il sistema di distribuzione dell'acqua, l'officina e altri edifici speciali. Rispetto alle centrali idroelettriche convenzionali, le strutture idrauliche delle centrali idroelettriche a pompaggio presentano le seguenti caratteristiche principali:
Sono presenti serbatoi superiori e inferiori. Rispetto alle centrali idroelettriche convenzionali con la stessa potenza installata, la capacità dei serbatoi delle centrali idroelettriche a pompaggio è generalmente relativamente ridotta.
Il livello dell'acqua del bacino idrico fluttua notevolmente, con frequenti aumenti e diminuzioni. Per poter gestire i picchi di domanda e colmare le lacune nella rete elettrica, la variazione giornaliera del livello dell'acqua del bacino delle centrali idroelettriche a pompaggio è solitamente piuttosto elevata, generalmente superiore a 10-20 metri, e in alcuni casi raggiunge i 30-40 metri. La velocità di variazione del livello dell'acqua è inoltre relativamente rapida, generalmente pari a 5-8 m/h, e talvolta anche 8-10 m/h.
I requisiti per la prevenzione delle infiltrazioni nel bacino idrico sono elevati. Se una centrale idroelettrica a pompaggio dovesse subire ingenti perdite d'acqua a causa di infiltrazioni dal bacino superiore, la sua produzione di energia elettrica si ridurrebbe. Allo stesso tempo, per evitare che le infiltrazioni d'acqua deteriorino le condizioni idrogeologiche nell'area del progetto, causando danni e concentrazioni di infiltrazioni, sono previsti requisiti ancora più stringenti per la prevenzione delle infiltrazioni nel bacino.
Il dislivello dell'acqua è elevato. Il dislivello delle centrali idroelettriche a pompaggio è generalmente elevato, per lo più compreso tra 200 e 800 metri. La centrale idroelettrica a pompaggio di Jixi, con una potenza installata totale di 1,8 milioni di kilowatt, è il primo progetto del nostro Paese con un dislivello di 650 metri, mentre la centrale idroelettrica a pompaggio di Dunhua, con una potenza installata totale di 1,4 milioni di kilowatt, è il primo progetto del nostro Paese con un dislivello di 700 metri. Con il continuo sviluppo della tecnologia idroelettrica a pompaggio, il numero di centrali idroelettriche ad alto dislivello e di grande capacità nel nostro Paese aumenterà.
L'unità è installata a bassa quota. Per superare l'influenza della spinta idrostatica e delle infiltrazioni sulla centrale, le centrali idroelettriche a pompaggio di grandi dimensioni costruite in patria e all'estero negli ultimi anni adottano per lo più la forma di centrali sotterranee.
La prima centrale idroelettrica a pompaggio al mondo è la centrale di Netra a Zurigo, in Svizzera, costruita nel 1882. La costruzione di centrali idroelettriche a pompaggio in Cina è iniziata relativamente tardi. La prima unità reversibile a flusso obliquo è stata installata nel bacino di Gangnan nel 1968. Successivamente, con il rapido sviluppo dell'industria energetica nazionale, la capacità installata di energia nucleare e termica è aumentata rapidamente, rendendo necessario dotare il sistema energetico di corrispondenti unità di pompaggio.
A partire dagli anni '80, la Cina ha intrapreso un'intensa attività di costruzione di centrali idroelettriche a pompaggio di grandi dimensioni. Negli ultimi anni, grazie al rapido sviluppo dell'economia e del settore energetico del mio Paese, ho conseguito importanti risultati scientifici e tecnologici nell'ambito dell'autonomia delle apparecchiature delle centrali idroelettriche a pompaggio di grandi dimensioni.
Alla fine del 2020, la capacità installata di generazione di energia idroelettrica da pompaggio del mio Paese era di 31,49 milioni di kilowatt, con un incremento del 4,0% rispetto all'anno precedente. Nel 2020, la capacità nazionale di generazione di energia idroelettrica da pompaggio è stata di 33,5 miliardi di kWh, con un incremento del 5,0% rispetto all'anno precedente; la nuova capacità di generazione di energia idroelettrica da pompaggio aggiunta al Paese è stata di 1,2 milioni di kWh. Le centrali idroelettriche da pompaggio del mio Paese, sia quelle in produzione che quelle in costruzione, sono al primo posto nel mondo.
La State Grid Corporation of China ha sempre attribuito grande importanza allo sviluppo degli impianti idroelettrici a pompaggio. Attualmente, la State Grid gestisce 22 centrali idroelettriche a pompaggio e ne ha 30 in costruzione.
Nel 2016 è iniziata la costruzione di cinque centrali elettriche di pompaggio a Zhen'an, Shaanxi, Jurong, Jiangsu, Qingyuan, Liaoning, Xiamen, Fujian e Fukang, nello Xinjiang;
Nel 2017 è iniziata la costruzione di sei centrali elettriche di pompaggio nella contea di Yi dell'Hebei, Zhirui della Mongolia Interna, Ninghai dello Zhejiang, Jinyun dello Zhejiang, Luoning dell'Henan e Pingjiang dell'Hunan;
Nel 2019 è iniziata la costruzione di cinque centrali elettriche di pompaggio a Funing nell'Hebei, Jiaohe nello Jilin, Qujiang nello Zhejiang, Weifang nello Shandong e Hami nello Xinjiang;
Nel 2020, quattro centrali elettriche di pompaggio nello Shanxi Yuanqu, Shanxi Hunyuan, Zhejiang Pan'an e Shandong Tai'an Fase II inizieranno la costruzione.
La prima centrale idroelettrica a pompaggio del mio paese con unità completamente autonome. Nell'ottobre del 2011, la centrale è stata completata con successo, a dimostrazione del fatto che il mio paese ha acquisito la padronanza della tecnologia chiave per lo sviluppo di impianti di pompaggio idroelettrico.
Nell'aprile del 2013, la centrale idroelettrica di pompaggio di Fujian Xianyou è stata ufficialmente messa in funzione per la produzione di energia; nell'aprile del 2016, la centrale idroelettrica di pompaggio di Zhejiang Xianju, con una capacità unitaria di 375.000 kilowatt, è stata collegata con successo alla rete. Le apparecchiature autonome per le grandi centrali idroelettriche di pompaggio nel mio paese si sono diffuse e applicate in modo continuo.
La prima centrale idroelettrica a pompaggio del mio paese con un salto di 700 metri. La capacità totale installata è di 1,4 milioni di kilowatt. Il 4 giugno 2021, l'Unità 1 è entrata in funzione per la produzione di energia elettrica.
È attualmente in costruzione la centrale idroelettrica a pompaggio con la maggiore capacità installata al mondo. La capacità installata totale è di 3,6 milioni di kilowatt.
L'idroelettrico a pompaggio presenta le caratteristiche di base, completezza e utilità pubblica. Può partecipare ai servizi di regolazione dei collegamenti tra fonte, rete, carico e accumulo del nuovo sistema elettrico, offrendo vantaggi complessivi significativi. Svolge un'importante funzione di stabilizzazione dell'alimentazione elettrica sicura del sistema, di bilanciamento a basse emissioni di carbonio e di regolazione ad alta efficienza.
Il primo obiettivo è affrontare efficacemente la mancanza di capacità di riserva affidabile del sistema elettrico in presenza di un'elevata penetrazione di energie rinnovabili. Grazie alla doppia regolazione del picco di capacità, è possibile migliorare la capacità di regolazione del picco di grande capacità del sistema elettrico e alleviare il problema dell'approvvigionamento di carico di picco causato dall'instabilità delle energie rinnovabili e dal calo di carico. Le difficoltà di consumo causate dallo sviluppo su larga scala delle energie rinnovabili durante questo periodo possono essere meglio incentivate a promuovere il consumo di tali energie.
Il secondo obiettivo è quello di gestire efficacemente la discrepanza tra le caratteristiche di produzione delle nuove energie e la domanda di carico, facendo affidamento sulla capacità di adattamento flessibile della risposta rapida, per meglio adattarsi alla casualità e alla volatilità delle nuove energie e per soddisfare la domanda di adattamento flessibile derivante dalle nuove energie "in base alle condizioni meteorologiche".
Il terzo obiettivo è quello di affrontare efficacemente l'insufficiente momento d'inerzia del sistema di alimentazione a elevata quota di energie rinnovabili. Grazie all'elevato momento d'inerzia del generatore sincrono, è possibile migliorare efficacemente la capacità di resistenza ai disturbi del sistema e mantenere la stabilità della frequenza del sistema.
Il quarto obiettivo è quello di gestire efficacemente il potenziale impatto sulla sicurezza della configurazione "a doppio carico" del nuovo sistema di alimentazione, assumendo la funzione di backup di emergenza e rispondendo in qualsiasi momento alle improvvise esigenze di regolazione con capacità di avvio-arresto e di variazione rapida della potenza. Allo stesso tempo, in qualità di carico interrompibile, può rimuovere in sicurezza il carico nominale dell'unità di pompaggio con tempi di risposta di millisecondi, migliorando la sicurezza e la stabilità del funzionamento del sistema.
Il quinto obiettivo è quello di gestire efficacemente gli elevati costi di adeguamento derivanti dalla connessione su larga scala di nuove fonti energetiche alla rete. Attraverso metodi operativi razionali, combinati con l'energia termica per ridurre le emissioni di carbonio e aumentare l'efficienza, si mira a limitare l'abbandono dell'energia eolica e solare, a promuovere l'allocazione della capacità e a migliorare l'economia complessiva e la pulizia dell'intero sistema.
Rafforzare l'ottimizzazione e l'integrazione delle risorse infrastrutturali, coordinare la gestione della sicurezza, della qualità e dell'avanzamento di 30 progetti in costruzione, promuovere con vigore la costruzione meccanizzata, il controllo intelligente e la costruzione standardizzata, ottimizzare i tempi di costruzione e garantire che la capacità di pompaggio superi i 20 milioni di kilowatt durante il periodo del "14° Piano quinquennale" e che la capacità installata operativa superi i 70 milioni di kilowatt entro il 2030.
Il secondo obiettivo è quello di impegnarsi a fondo nella gestione snella. Rafforzare le linee guida di pianificazione, incentrate sull'obiettivo del "doppio carbonio" e sull'attuazione della strategia aziendale, preparando con cura il piano di sviluppo del "14° Piano Quinquennale" per gli impianti di pompaggio idroelettrico. Ottimizzare scientificamente le procedure di lavoro preliminari del progetto e far avanzare in modo ordinato lo studio di fattibilità e l'approvazione del progetto. Concentrandosi su sicurezza, qualità, tempi di costruzione e costi, promuovere con vigore la gestione e il controllo intelligenti, la meccanizzazione e la bioedilizia nell'ambito delle opere di ingegneria, per garantire che i progetti in corso possano generare benefici nel più breve tempo possibile.
Approfondire la gestione del ciclo di vita delle apparecchiature, intensificare la ricerca sui servizi di rete elettrica delle unità, ottimizzare la strategia operativa delle unità e garantire pienamente il funzionamento sicuro e stabile della rete elettrica. Approfondire la gestione snella multidimensionale, accelerare la costruzione di una moderna catena di approvvigionamento intelligente, migliorare il sistema di gestione dei materiali, allocare scientificamente capitale, risorse, tecnologia, dati e altri fattori di produzione, migliorare con vigore la qualità e l'efficienza e migliorare in modo completo l'efficienza gestionale e operativa.
Il terzo obiettivo è quello di perseguire scoperte rivoluzionarie nell'innovazione tecnologica. È fondamentale attuare in modo approfondito il "Piano d'azione per un nuovo balzo in avanti" per l'innovazione scientifica e tecnologica, incrementare gli investimenti nella ricerca scientifica e migliorare la capacità di innovazione indipendente. Bisogna inoltre promuovere l'applicazione della tecnologia delle unità a velocità variabile, rafforzare la ricerca e lo sviluppo tecnologico delle unità di grande capacità da 400 megawatt, accelerare la costruzione di laboratori modello per pompe e turbine e di laboratori di simulazione, e impegnarsi al massimo per costruire una piattaforma indipendente per l'innovazione scientifica e tecnologica.
Ottimizzare la struttura della ricerca scientifica e l'allocazione delle risorse, rafforzare la ricerca sulla tecnologia chiave dell'idroelettrico a pompaggio e impegnarsi per superare i problemi tecnici di stallo. Approfondire la ricerca sull'applicazione di nuove tecnologie come la "Big Cloud IoT Smart Chain", implementare in modo completo la costruzione di centrali elettriche digitali intelligenti e accelerare la trasformazione digitale delle imprese.
Data di pubblicazione: 7 marzo 2022
