Lo sviluppo e la costruzione rapidi e su larga scala hanno generato problemi di sicurezza, qualità e carenza di personale. Per soddisfare le esigenze costruttive del nuovo sistema energetico, ogni anno viene approvata la costruzione di numerose centrali idroelettriche a pompaggio. Il periodo di costruzione richiesto è stato inoltre notevolmente ridotto, passando da 8-10 anni a 4-6 anni. Il rapido sviluppo e la costruzione del progetto porteranno inevitabilmente a problemi di sicurezza, qualità e carenza di personale.
Al fine di risolvere una serie di problemi derivanti dal rapido sviluppo e dalla costruzione dei progetti, le unità di costruzione e gestione dei progetti devono innanzitutto condurre ricerche e sperimentazioni tecniche sulla meccanizzazione e l'intelligenza dell'ingegneria civile delle centrali idroelettriche a pompaggio. La tecnologia TBM (Tunnel Boring Machine) viene introdotta per lo scavo di un gran numero di caverne sotterranee e le attrezzature TBM vengono sviluppate in combinazione con le caratteristiche delle centrali idroelettriche a pompaggio, formulando uno schema tecnico di costruzione. In considerazione dei vari scenari operativi come scavo, trasporto, sostegno e archi rovesciati durante la costruzione civile, è stato sviluppato uno schema applicativo di supporto per l'intero processo di costruzione meccanizzata e intelligente, e sono state condotte ricerche su argomenti quali il funzionamento intelligente delle singole attrezzature di processo, l'automazione dell'intero sistema di costruzione, la digitalizzazione delle informazioni di costruzione delle attrezzature, la costruzione senza operatore di attrezzature meccaniche a controllo remoto, l'analisi di percezione intelligente della qualità della costruzione, ecc., sviluppando diverse attrezzature e sistemi di costruzione meccanizzata e intelligente.
In termini di meccanizzazione e intelligenza nell'ingegneria meccanica ed elettrica, possiamo analizzare la domanda di applicazione e le possibilità di meccanizzazione e intelligenza sotto gli aspetti di riduzione degli operatori, miglioramento dell'efficienza lavorativa, riduzione dei rischi lavorativi, ecc., e sviluppare diverse attrezzature e sistemi di costruzione meccanizzati e intelligenti per l'ingegneria meccanica ed elettrica per vari scenari operativi di installazione di apparecchiature meccaniche ed elettriche.
Inoltre, la tecnologia di progettazione e simulazione ingegneristica 3D può essere utilizzata anche per prefabbricare e simulare in anticipo alcune strutture e attrezzature, il che consente non solo di completare parte del lavoro in anticipo e di ridurre i tempi di costruzione in loco, ma anche di effettuare in anticipo l'accettazione funzionale e il controllo qualità, migliorando efficacemente il livello di gestione della qualità e della sicurezza.
La gestione su larga scala della centrale elettrica solleva problemi di affidabilità operativa, intelligenza e gestione intensiva della domanda. La gestione su larga scala delle centrali idroelettriche a pompaggio comporterà problemi quali elevati costi di esercizio e manutenzione, carenza di personale, ecc. Per ridurre i costi di esercizio e manutenzione, la chiave è migliorare l'affidabilità operativa delle unità di pompaggio; per risolvere il problema della carenza di personale, è necessario realizzare una gestione operativa intelligente e intensiva della centrale elettrica.
Per migliorare l'affidabilità operativa dell'unità, in termini di selezione e progettazione delle tipologie di apparecchiature, i tecnici devono riassumere a fondo l'esperienza pratica nella progettazione e gestione delle centrali idroelettriche a pompaggio, condurre ricerche di ottimizzazione della progettazione, selezione delle tipologie e standardizzazione dei sottosistemi di apparecchiature pertinenti delle centrali idroelettriche a pompaggio e aggiornarli iterativamente in base all'esperienza di messa in servizio, gestione dei guasti e manutenzione delle apparecchiature. In termini di produzione delle apparecchiature, le centrali idroelettriche a pompaggio tradizionali hanno ancora alcune tecnologie chiave di produzione di apparecchiature in mano a produttori stranieri. È necessario condurre ricerche di localizzazione su queste apparecchiature "critiche" e integrarvi anni di esperienza e strategie di gestione e manutenzione, in modo da migliorare efficacemente la qualità del prodotto e l'affidabilità operativa di queste apparecchiature chiave. In termini di monitoraggio del funzionamento delle apparecchiature, i tecnici devono formulare sistematicamente standard di configurazione degli elementi di monitoraggio dello stato delle apparecchiature dal punto di vista dell'osservabilità e della misurabilità dello stato delle apparecchiature, condurre ricerche approfondite sulle strategie di controllo delle apparecchiature, sulle strategie di monitoraggio dello stato e sui metodi di valutazione dello stato di salute basati sui requisiti di sicurezza intrinseca, costruire una piattaforma intelligente di analisi e allerta precoce per il monitoraggio dello stato delle apparecchiature, individuare in anticipo i pericoli nascosti nelle apparecchiature ed effettuare un'allerta precoce in modo tempestivo.
Al fine di realizzare una gestione operativa intelligente e intensiva della centrale elettrica, i tecnici devono condurre ricerche sul controllo automatico delle apparecchiature o sulla tecnologia di funzionamento a un solo tasto in termini di controllo e funzionamento delle apparecchiature, in modo da realizzare l'avvio e l'arresto completamente automatici e la regolazione del carico dell'unità senza intervento del personale, e realizzare, per quanto possibile, la sequenza operativa e la conferma intelligente multidimensionale; in termini di ispezione delle apparecchiature, i tecnici possono condurre ricerche tecniche sulla percezione visiva delle macchine, la percezione uditiva delle macchine, l'ispezione robotizzata e altri aspetti, e svolgere esercitazioni tecniche sulla sostituzione delle macchine di ispezione; in termini di funzionamento intensivo della centrale elettrica, è necessario condurre ricerche e esercitazioni sulla tecnologia di monitoraggio centralizzato da parte di una sola persona e più impianti per risolvere efficacemente il problema della carenza di risorse umane in servizio causato dallo sviluppo delle centrali idroelettriche a pompaggio.
La miniaturizzazione degli impianti di pompaggio idroelettrico e il funzionamento integrato della complementarietà multi-energetica, resi necessari dal consumo di un gran numero di fonti energetiche distribuite, rappresentano una sfida importante. Una caratteristica distintiva del nuovo sistema energetico è la presenza di numerose fonti di energia rinnovabile di piccola scala, dislocate in diverse aree della rete e operanti nella rete a bassa tensione. Per assorbire e utilizzare al meglio queste fonti energetiche distribuite e alleviare efficacemente la congestione della rete elettrica principale, è necessario costruire impianti di pompaggio idroelettrico distribuiti in prossimità delle fonti, al fine di realizzare l'immagazzinamento, il consumo e l'utilizzo locale dell'energia rinnovabile attraverso le reti elettriche a bassa tensione. Pertanto, è fondamentale affrontare le problematiche relative alla miniaturizzazione degli impianti di pompaggio idroelettrico e al funzionamento integrato della complementarietà multi-energetica.
È necessario che ingegneri e tecnici conducano con vigore ricerche sulla selezione del sito, la progettazione e la produzione, la strategia di controllo e l'applicazione integrata di molteplici tipologie di centrali idroelettriche a pompaggio distribuite, tra cui piccole unità di pompaggio reversibili, funzionamento indipendente coassiale di pompe e turbine, funzionamento congiunto di piccole centrali idroelettriche e stazioni di pompaggio, ecc.; allo stesso tempo, si svolgono ricerche e dimostrazioni di progetti sulla tecnologia di funzionamento integrato di impianti di pompaggio, energia eolica, solare e idroelettrica al fine di proporre soluzioni tecniche per l'esplorazione dell'efficienza energetica e dell'interazione economica nel nuovo sistema energetico.
Il problema del "blocco" tecnico delle unità di pompaggio e accumulo a velocità variabile adattate a reti elettriche ad alta elasticità. Le unità di pompaggio e accumulo a velocità variabile presentano caratteristiche quali una rapida risposta alla regolazione primaria della frequenza, una forza di ingresso regolabile in base alle condizioni di funzionamento della pompa e un funzionamento ottimale, oltre a una risposta sensibile e un elevato momento d'inerzia. Per contenere efficacemente la casualità e la volatilità della rete elettrica, regolare e assorbire con maggiore precisione l'energia in eccesso generata da nuove fonti energetiche sia dal lato della generazione che da quello dell'utente, e controllare meglio il bilanciamento del carico in una rete elettrica altamente elastica e interattiva, è necessario aumentare la quota di unità a velocità variabile nella rete. Tuttavia, attualmente, la maggior parte delle tecnologie chiave per le unità di pompaggio e accumulo idrico a velocità variabile è ancora in mano a produttori stranieri, e il problema del "blocco" tecnico deve essere risolto.
Al fine di realizzare il controllo indipendente delle tecnologie chiave, è necessario concentrare le forze scientifiche e tecniche nazionali per svolgere in modo approfondito la progettazione e lo sviluppo di motori generatori e turbine per pompe a velocità variabile, lo sviluppo di strategie e dispositivi di controllo per convertitori di eccitazione CA, lo sviluppo di strategie e dispositivi di controllo coordinato per unità a velocità variabile, la ricerca di strategie di controllo del regolatore per unità a velocità variabile, la ricerca del processo di conversione delle condizioni operative e delle strategie di controllo integrate per unità a velocità variabile, al fine di realizzare la progettazione e la produzione completamente localizzate e l'applicazione dimostrativa ingegneristica di grandi unità a velocità variabile.
In sintesi, con il rapido sviluppo e la costruzione di nuovi sistemi energetici, è necessario accelerare la ricerca sulle tecnologie di costruzione meccanizzata e intelligente, sulle tecnologie di gestione intelligente e intensiva delle centrali elettriche e sulle tecnologie di gestione integrata e complementare multi-energia delle centrali idroelettriche a pompaggio, costruire un certo numero di centrali idroelettriche a pompaggio di piccole e medie dimensioni con fonti di energia rinnovabile distribuite in base alle condizioni locali e promuovere con vigore la localizzazione e l'applicazione ingegneristica delle unità di pompaggio a velocità variabile. Il personale scientifico e tecnico dovrebbe cogliere l'opportunità di sviluppo, individuare la giusta direzione di ricerca e dare il proprio contributo alla costruzione di un nuovo sistema energetico e alla realizzazione dell'obiettivo del "doppio carbonio".
Data di pubblicazione: 28 dicembre 2022
