מבנה ומאפיינים של תחנת כוח אגירה שאובה ושיטת בנייה של תחנת כוח

אגירת אנרגיה שאובה היא הטכנולוגיה הנפוצה והבוגרת ביותר באגירת אנרגיה בקנה מידה גדול, וקיבולת ההספק המותקנת של תחנות כוח יכולה להגיע לג'יגה-וואט. נכון לעכשיו, אגירת האנרגיה הבוגרת והמותקנת הגדולה ביותר בעולם היא אנרגיה הידרו-שאובה.
טכנולוגיית אגירה שאובה היא טכנולוגיה בוגרת ויציבה, עם יתרונות מקיפים גבוהים, ומשמשת לעתים קרובות לוויסות שיא וגיבוי. אגירה שאובה היא הטכנולוגיה הנפוצה והבוגרת ביותר באגירת אנרגיה בקנה מידה גדול, וקיבולת המותקנת של תחנות כוח יכולה להגיע לג'יגה-וואט.

על פי נתונים סטטיסטיים חלקיים של הוועדה המקצועית לאגירת אנרגיה של איגוד המחקר של האנרגיה הסינית, אנרגיה הידרואלקטרית שאובה היא כיום אגירת האנרגיה הבשלה והמותקנת הגדולה ביותר בעולם. נכון לשנת 2019, קיבולת אגירת האנרגיה התפעולית בעולם הגיעה ל-180 מיליון קילוואט, וקיבולת האנרגיה המותקנת של אגירת אנרגיה שאובה עלתה על 170 מיליון קילוואט, המהווה 94% מכלל אגירת האנרגיה בעולם.
תחנות כוח אגירה שאובה משתמשות בחשמל המופק בתקופת עומס נמוך של מערכת החשמל כדי לשאוב מים למקום גבוה לאגירה, ולשחרר מים לייצור חשמל בתקופות עומס שיא. כאשר העומס נמוך, תחנת הכוח אגירה שאובה היא המשתמשת; כאשר העומס בשיא, היא תחנת הכוח.
ליחידת אגירת מים שאובה שני תפקידים בסיסיים: שאיבת מים וייצור חשמל. היחידה פועלת כטורבינת מים כאשר העומס על מערכת החשמל בשיאו. פתיחת שביל ההנחיה של טורבינת המים מותאמת באמצעות מערכת הווסת, והאנרגיה הפוטנציאלית של המים מומרת לאנרגיה מכנית של סיבוב היחידה, ולאחר מכן האנרגיה המכנית מומרת לאנרגיה חשמלית באמצעות הגנרטור;
כאשר העומס על מערכת החשמל נמוך, משאבת המים משמשת לשאיבת מים מהמאגר התחתון למאגר העליון. באמצעות כוונון אוטומטי של מערכת הווסת, פתיחת שבשבת ההנחיה מותאמת אוטומטית בהתאם לעילוי המשאבה, והאנרגיה החשמלית מומרת לאנרגיה פוטנציאלית של מים ונאגרת.

תחנות כוח מסוג אגירה שאובה אחראיות בעיקר על ויסות שיא, ויסות תדר, גיבוי חירום והפעלה בשחור של מערכת החשמל, אשר יכולות לשפר ולאזן את העומס של מערכת החשמל, לשפר את איכות אספקת החשמל ואת היתרונות הכלכליים של מערכת החשמל, והן עמוד השדרה להבטחת פעולה בטוחה, חסכונית ויציבה של רשת החשמל. תחנות כוח מסוג אגירה שאובה ידועות כ"מייצבים", "ווסתים" ו"מאזנים" בהפעלה בטוחה של רשתות חשמל.
מגמת הפיתוח של תחנות כוח אגירה שאובה בעולם היא גובה עוצמה גבוה, קיבולת גדולה ומהירות גבוהה. גובה עוצמה גבוה פירושו שהיחידה מתפתחת לגובה עוצמה גבוה יותר, קיבולת גדולה פירושה שהקיבולת של יחידה בודדת עולה בהתמדה, ומהירות גבוהה פירושה שהיחידה מאמצת מהירות ספציפית גבוהה יותר.

מבנה ומאפייני תחנת הכוח
המבנים העיקריים של תחנת הכוח לאגירת מים שאובה כוללים בדרך כלל: מאגר עליון, מאגר תחתון, מערכת אספקת מים, סדנה ומבנים מיוחדים אחרים. בהשוואה לתחנות כוח הידרואלקטריות קונבנציונליות, למבנים ההידראוליים של תחנות כוח לאגירת מים שאובה יש את המאפיינים העיקריים הבאים:
ישנם מאגרים עליונים ותחתונים. בהשוואה לתחנות כוח הידרואלקטריות קונבנציונליות בעלות אותה קיבולת מותקנת, קיבולת המאגר של תחנות כוח אגירה שאובה היא בדרך כלל קטנה יחסית.
מפלס המים במאגר משתנה מאוד ועולה ויורד לעתים קרובות. על מנת לבצע את משימת גילוח השיאים ומילוי העמקים ברשת החשמל, השינוי היומי במפלס המים במאגר של תחנת הכוח לאגירת שאיבה הוא בדרך כלל גדול יחסית, בדרך כלל עולה על 10-20 מטרים, וחלק מתחנות הכוח מגיעות ל-30-40 מטרים, וקצב השינוי במפלס המים במאגר מהיר יחסית, בדרך כלל מגיע ל-5 ~ 8 מ"ק/שעה, ואפילו 8 ~ 10 מ"ק/שעה.
דרישות מניעת חלחול מהמאגר גבוהות. אם תחנת כוח אגירה שאובה טהורה גורמת לאובדן מים רב עקב חלחול מהמאגר העליון, ייצור החשמל של תחנת הכוח יופחת. במקביל, על מנת למנוע חלחול מים שיפגע בתנאים ההידרוגיאולוגיים באזור הפרויקט, וכתוצאה מכך יגרמו נזקי חלחול וחלחול מרוכז, מוטלות דרישות גבוהות יותר גם למניעת חלחול מהמאגר.
גובה המים גבוה. גובה תחנת הכוח לאגירת שאיבה גבוה בדרך כלל, לרוב 200-800 מטרים. תחנת הכוח לאגירת שאיבה ג'ישי, עם קיבולת מותקנת כוללת של 1.8 מיליון קילוואט, היא הפרויקט הראשון של ארצי בגובה 650 מטר, ותחנת הכוח לאגירת שאיבה דונהואה, עם קיבולת מותקנת כוללת של 1.4 מיליון קילוואט, היא הפרויקט הראשון של ארצי בגובה 700 מטר. עם הפיתוח המתמשך של טכנולוגיית אגירה שאיבה, מספר תחנות הכוח בעלות גובה מים גבוה וקיבולת גדולה בארצי יגדל.
היחידה מותקנת בגובה נמוך. על מנת להתגבר על השפעת הציפה והחלחול על תחנת הכוח, תחנות הכוח הגדולות באגירת מים שאובה שנבנו בארץ ובחו"ל בשנים האחרונות מאמצות בעיקר צורה של תחנות כוח תת-קרקעיות.

תחנת הכוח המוקדמת בעולם לאגירת מים שאובה היא תחנת הכוח Netra בציריך, שוויץ, שנבנתה בשנת 1882. בנייתן של תחנות כוח לאגירת מים שאובה בסין החלה מאוחר יחסית. יחידת הזרימה האלכסונית ההפיכה הראשונה הותקנה במאגר גנגנן בשנת 1968. מאוחר יותר, עם ההתפתחות המהירה של תעשיית האנרגיה המקומית, הקיבולת המותקנת של אנרגיה גרעינית ואנרגיה תרמית גדלה במהירות, מה שדרש ציוד של מערכת החשמל ביחידות אגירה שאובה מתאימות.
מאז שנות ה-80, סין החלה לבנות במרץ תחנות כוח גדולות באגירת אנרגיה שאובה. בשנים האחרונות, עם ההתפתחות המהירה של הכלכלה ותעשיית החשמל של ארצי, ארצי השיגה הישגים מדעיים וטכנולוגיים פוריים באוטונומיה של הציוד של יחידות אגירת אנרגיה שאובה בקנה מידה גדול.
עד סוף שנת 2020, כושר ייצור החשמל המותקן באגירת שאיבה במדינה שלי היה 31.49 מיליון קילוואט, עלייה של 4.0% לעומת השנה הקודמת. בשנת 2020, כושר ייצור החשמל הארצי באגירת שאיבה היה 33.5 מיליארד קוט"ש, עלייה של 5.0% לעומת השנה הקודמת; כושר ייצור החשמל החדש שנוסף במדינה היה 1.2 מיליון קוט"ש. תחנות הכוח באגירת שאיבה במדינה, הן בייצור והן בבנייה, מדורגות במקום הראשון בעולם.

תאגיד סטייט גריד של סין תמיד ייחס חשיבות רבה לפיתוח אגירת אנרגיה שאובה. נכון לעכשיו, לסטייט גריד יש 22 תחנות כוח אגירת אנרגיה שאובה פעילות ו-30 תחנות כוח אגירת אנרגיה שאובה בבנייה.
בשנת 2016 החלה בנייתן של חמש תחנות כוח לאחסון שאוב בז'נאן, שאאנשי, ג'ורונג, ג'יאנגסו, צ'ינגיואן, ליאונינג, שיאמן, פוג'יאן ופוקאנג, שינג'יאנג;
בשנת 2017, החלה בנייתן של שש תחנות כוח לאחסון שאוב במחוז Yi של Hebei, Zhirui של מונגוליה הפנימית, Ninghai של Zhejiang, Jinyun של Zhejiang, Luoning של הנאן ו-Pingjiang של הונאן;
בשנת 2019, החלה בנייתן של חמש תחנות כוח לאחסון שאיבה ב-Funing בהביי, Jiaohe בג'ילין, Qujiang בג'ה-ג'יאנג, Weifang בשאנדונג והאמי ב-Xinjiang;
בשנת 2020, יתחילו לבנות ארבע תחנות כוח אחסון שאוב בשאנשי יואנק, שאנשי הוניואן, ג'ג'יאנג פאן ושאנדונג טאיאן.

תחנת הכוח הראשונה במדינתי לאגירת שאיבות עם ציוד אוטונומי לחלוטין. באוקטובר 2011 הושלמה בניית תחנת הכוח בהצלחה, דבר המצביע על כך שמדינתי שלטה בהצלחה בטכנולוגיית הליבה של פיתוח ציוד לאגירת שאיבות.
באפריל 2013, תחנת הכוח לאגירת שאיבות פוג'יאן שיאניו הופעלה רשמית לייצור חשמל; באפריל 2016, תחנת הכוח לאגירת שאיבות ג'ג'יאנג שיאנג'ו, בעלת קיבולת של 375,000 קילוואט, חוברה בהצלחה לרשת החשמל. הציוד האוטונומי של יחידות אגירה שאיבות בקנה מידה גדול במדינה שלי זכה לפופולריות ויישומה באופן רציף.
תחנת הכוח הראשונה במדינה שלי לאגירת אנרגיה שאובה בגובה 700 מטר. סך ההספק המותקן הוא 1.4 מיליון קילוואט. ב-4 ביוני 2021, יחידה 1 הופעלה לייצור חשמל.
תחנת הכוח לאגירת אנרגיה שאובה בעלת ההספק המותקן הגדול ביותר בעולם נמצאת כעת בבנייה. ההספק המותקן הכולל הוא 3.6 מיליון קילוואט.
לאגירת אנרגיה שאובה יש מאפיינים של בסיסי, מקיף וציבורי. היא יכולה להשתתף בשירותי הרגולציה של מקורות, רשתות, עומסים ואחסון של מערכת החשמל החדשה, והיתרונות המקיפים שלה משמעותיים יותר. היא נושאת את מייצב אספקת החשמל הבטוח של מערכת החשמל, איזון נקי ופליטות פחמן נמוכות ויעילות גבוהה, תפקיד חשוב של ווסת פעיל.
הראשון הוא להתמודד ביעילות עם חוסר קיבולת עתודה אמינה של מערכת החשמל תחת חדירת שיעור גבוה של אנרגיה חדשה. בעזרת היתרון של ויסות שיא קיבולת כפולה, נוכל לשפר את קיבולת ויסות השיא בקיבולת גדולה של מערכת החשמל, ולהקל על בעיית אספקת עומס שיא הנגרמת על ידי חוסר היציבות של אנרגיה חדשה ועל עומס שיא הנגרם על ידי שקע. קשיי הצריכה הנגרמים על ידי פיתוח בקנה מידה גדול של אנרגיה חדשה במהלך התקופה יכולים לקדם טוב יותר את צריכת האנרגיה החדשה.
השני הוא להתמודד ביעילות עם חוסר ההתאמה בין מאפייני התפוקה של אנרגיה חדשה לבין דרישת העומס, תוך הסתמכות על יכולת ההתאמה הגמישה של תגובה מהירה, כדי להסתגל טוב יותר לאקראיות ולתנודתיות של אנרגיה חדשה, ולעמוד בדרישת ההתאמה הגמישה שמביאה אנרגיה חדשה "בהתאם למזג האוויר".
השלישי הוא להתמודד ביעילות עם מומנט האינרציה הלא מספק של מערכת החשמל החדשה בעלת הפרופורציות הגבוהות. בעזרת יתרון מומנט האינרציה הגבוה של הגנרטור הסינכרוני, ניתן לשפר ביעילות את יכולת המערכת נגד הפרעות ולשמור על יציבות תדר המערכת.
הרביעית היא להתמודד ביעילות עם ההשפעה הבטיחותית הפוטנציאלית של צורת ה"כפול-גבוה" על מערכת החשמל החדשה, לקחת על עצמה את פונקציית גיבוי החירום, ולהגיב לצורכי כוונון פתאומיים בכל עת עם יכולות התחלה-עצירה מהירות והגברת הספק מהירה. במקביל, כעומס ניתן להפסקה, הוא יכול להסיר בבטחה את העומס המדורג של יחידת השאיבה בתגובה של מילישניות, ולשפר את הפעולה הבטוחה והיציבה של המערכת.
החמישית היא להתמודד ביעילות עם עלויות ההתאמה הגבוהות הכרוכות בחיבור חדש לרשת האנרגיה בקנה מידה גדול. באמצעות שיטות תפעול סבירות, בשילוב עם אנרגיה תרמית, ניתן להפחית פחמן ולהגביר את היעילות, להפחית את נטישת הרוח והאור, לקדם הקצאת קיבולת ולשפר את הכלכלה הכוללת ואת התפעול הנקי של המערכת כולה.

לחזק את האופטימיזציה והשילוב של משאבי תשתית, לתאם את ניהול הבטיחות, האיכות וההתקדמות של 30 פרויקטים בבנייה, לקדם במרץ בנייה ממוכנת, בקרה חכמה ובנייה סטנדרטית, לייעל את תקופת הבנייה, ולהבטיח כי קיבולת האגירה השאובה תעלה על 20 מיליון קילוואט במהלך תקופת "תוכנית החומש ה-14", וקיבולת המותקנת התפעולית תעלה על 70 מיליון קילוואט עד 2030.
השני הוא לעבוד קשה על ניהול רזה. חיזוק הנחיות התכנון, תוך התמקדות ביעד "פחמן כפול" ויישום אסטרטגיית החברה, הכנה איכותית של תוכנית הפיתוח "ה-14 לחמש שנים" לאגירת אגירה שאובה. אופטימיזציה מדעית של נהלי העבודה המקדימים של הפרויקט, וקידום מחקר היתכנות הפרויקט ואישורו בצורה מסודרת. תוך התמקדות בבטיחות, איכות, תקופת בנייה ועלות, קידום נמרץ של ניהול ובקרה חכמים, בנייה ממוכנת ובנייה ירוקה של בנייה הנדסית על מנת להבטיח שפרויקטים בבנייה יוכלו להשיג יתרונות בהקדם האפשרי.
להעמיק את ניהול מחזור החיים של הציוד, להעמיק את המחקר על שירות רשת החשמל של היחידות, לייעל את אסטרטגיית התפעול של היחידות ולשרת באופן מלא את התפעול הבטוח והיציב של רשת החשמל. להעמיק את הניהול הרזה הרב-ממדי, להאיץ את בניית שרשרת האספקה ​​החכמה והמודרנית, לשפר את מערכת ניהול החומרים, להקצות באופן מדעי הון, משאבים, טכנולוגיה, נתונים וגורמי ייצור אחרים, לשפר באופן נמרץ את האיכות והיעילות, ולשפר באופן מקיף את יעילות הניהול והיעילות התפעולית.
השלישי הוא לחפש פריצות דרך בחדשנות טכנולוגית. יישום מעמיק של "תוכנית הפעולה החדשה קדימה" לחדשנות מדעית וטכנולוגית, הגדלת ההשקעה במחקר מדעי ושיפור יכולת החדשנות העצמאית. הגברת היישום של טכנולוגיית יחידות במהירות משתנה, חיזוק המחקר והפיתוח הטכנולוגי של יחידות בעלות קיבולת גדולה של 400 מגה-וואט, זירוז בניית מעבדות מודל טורבינות משאבה ומעבדות סימולציה, ועשיית כל מאמץ לבניית פלטפורמת חדשנות מדעית וטכנולוגית עצמאית.
אופטימיזציה של מערך המחקר המדעי והקצאת המשאבים, חיזוק המחקר על טכנולוגיית הליבה של אגירה שאובה, ושאיפה להתגבר על הבעיה הטכנית של "צוואר תקוע". העמקת המחקר על יישום טכנולוגיות חדשות כגון "שרשרת חכמה של האינטרנט של הענן הגדול", פריסה מקיפה של בניית תחנות כוח דיגיטליות חכמות, והאצת הטרנספורמציה הדיגיטלית של ארגונים.