Le centrali idroelettriche a pompaggio rappresentano la tecnologia più diffusa e matura per l'accumulo di energia su larga scala, con una capacità installata che può raggiungere livelli di gigawatt. Attualmente, le centrali idroelettriche a pompaggio sono quelle con il livello di sviluppo più avanzato al mondo.
Le centrali idroelettriche a pompaggio vantano una tecnologia matura e stabile e offrono elevati vantaggi complessivi. Sono spesso utilizzate per la gestione dei picchi di domanda e come fonte di energia di riserva. Le centrali idroelettriche a pompaggio rappresentano la tecnologia più diffusa e consolidata nel settore dell'accumulo di energia su larga scala, con una capacità installata che può raggiungere il livello del gigawatt.
Secondo le statistiche incomplete del Comitato professionale per l'accumulo di energia dell'Associazione cinese per la ricerca energetica, attualmente la centrale idroelettrica a pompaggio con lo sviluppo più maturo e la maggiore capacità installata al mondo è la centrale idroelettrica a pompaggio. Nel 2019, la capacità globale di accumulo di energia ha raggiunto i 180 milioni di kW e la capacità installata delle centrali idroelettriche a pompaggio ha superato i 170 milioni di kW, rappresentando il 94% del totale dell'accumulo di energia globale.
Una centrale idroelettrica a pompaggio utilizza l'energia disponibile a basso carico del sistema elettrico per pompare acqua in quota e immagazzinarla, per poi rilasciarla e generare energia durante i periodi di picco di carico. Quando il carico è basso, la centrale idroelettrica a pompaggio funge da utente; al picco di carico, diventa una centrale elettrica.
L'unità di una centrale idroelettrica a pompaggio ha due funzioni principali: pompaggio e generazione di energia. L'unità funziona come una turbina idraulica durante i picchi di carico del sistema elettrico. L'apertura delle pale direttrici della turbina idraulica viene regolata tramite un sistema di controllo per convertire l'energia potenziale dell'acqua in energia meccanica di rotazione dell'unità, e successivamente l'energia meccanica viene convertita in energia elettrica tramite un generatore;
Quando il carico del sistema elettrico è basso, il sistema funziona come una pompa idraulica. L'energia elettrica disponibile in questi momenti di basso carico 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, convertendo l'energia elettrica in energia potenziale dell'acqua da immagazzinare.
Le centrali idroelettriche a pompaggio sono principalmente responsabili della riduzione dei picchi di carico, della modulazione di frequenza, della riserva 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 un pilastro 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 della rete elettrica.
La tendenza evolutiva delle centrali idroelettriche a pompaggio nel mondo è caratterizzata da elevata prevalenza, grande capacità e alta velocità. Elevata prevalenza significa che l'unità si sta sviluppando per raggiungere una maggiore prevalenza. Grande capacità significa che la capacità di una singola unità è in aumento. Alta velocità significa che l'unità adotta una velocità specifica più elevata.
Struttura e caratteristiche
Gli edifici principali di una centrale idroelettrica a pompaggio comprendono generalmente il bacino superiore, il bacino inferiore, il sistema di trasporto dell'acqua, la centrale elettrica e altri edifici speciali. Rispetto alle centrali idroelettriche convenzionali, le strutture idrauliche delle centrali idroelettriche a pompaggio presentano le seguenti caratteristiche principali:
Sono presenti due serbatoi. Rispetto alle centrali idroelettriche convenzionali con la stessa capacità installata, la capacità dei serbatoi delle centrali idroelettriche a pompaggio è generalmente ridotta.
Il livello dell'acqua del bacino idrico varia notevolmente, con frequenti aumenti e diminuzioni. Per poter gestire i picchi di domanda e compensare i cali di carico nella rete elettrica, l'escursione giornaliera del livello dell'acqua nei bacini idroelettrici a pompaggio è solitamente ampia, in genere superiore a 10-20 metri, e in alcuni casi raggiunge i 30-40 metri. La velocità di variazione del livello dell'acqua è inoltre elevata, generalmente fino a 5-8 metri/h, o addirittura 8-10 metri/h.
I requisiti per la tenuta stagna del bacino idrico sono elevati. Se una centrale idroelettrica a pompaggio perde molta acqua a causa di perdite dal bacino superiore, la produzione di energia elettrica della centrale si ridurrà. Pertanto, i requisiti per la tenuta stagna del bacino sono elevati. Allo stesso tempo, al fine di prevenire il deterioramento delle condizioni idrogeologiche nell'area del progetto, i danni da infiltrazione e le perdite concentrate causate dalle infiltrazioni d'acqua, sono stati imposti requisiti ancora più stringenti per la prevenzione delle infiltrazioni nel bacino.
Il dislivello idraulico è elevato. Il dislivello idraulico 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 kW, è il primo progetto in Cina con un dislivello di 650 metri, mentre la centrale idroelettrica a pompaggio di Dunhua, con una potenza installata totale di 1,4 milioni di kW, è il primo progetto in Cina con un dislivello di 700 metri. Con il continuo sviluppo del livello tecnologico delle centrali idroelettriche a pompaggio, il numero di centrali idroelettriche ad alto dislivello e di grande capacità in Cina aumenterà sempre di più.
L'altezza di installazione dell'unità è bassa. Per superare l'influenza della spinta idrostatica e delle infiltrazioni sulla centrale, le grandi centrali idroelettriche a pompaggio costruite in patria e all'estero hanno adottato negli ultimi anni perlopiù la forma di centrale sotterranea.
Data di pubblicazione: 25 aprile 2022
