מה הופך תחנת כוח אגירה שאובה לירוקה?

המינהל המטאורולוגי של סין מסר כי עקב חוסר הוודאות במערכת האקלים, המחמיר עקב ההתחממות הגלובלית, אירועי הטמפרטורות הגבוהות והמשקעים הכבדים בסין הופכים תכופים ומתחזקים יותר.
מאז המהפכה התעשייתית, גזי חממה הנוצרים מפעילות אנושית גרמו לטמפרטורות גבוהות באופן חריג ברחבי העולם, לעלייה במפלס הים, ומזג אוויר קיצוני כמו סופות גשמים, שיטפונות ובצורות התרחשו באזורים שונים בצפיפות ותדירות גבוהות יותר.
ארגון הבריאות העולמי ציין כי עליית הטמפרטורות העולמית ושריפת יתר של דלקים מאובנים הפכו לאחד האיומים הגדולים ביותר על בריאות האדם. לא רק האיום של מכת חום, מכת חום ומחלות לב וכלי דם, שינויי האקלים עלולים לגרום להחמרה של יותר מ-50% מהפתוגנים האנושיים הידועים.
שינויי האקלים הם אתגר מרכזי העומד בפני האנושות בעידן המודרני. כפליטת גזי חממה מרכזית, סין הכריזה על יעד "שיא פליטות פחמן ונייטרליות פחמן" בשנת 2020, התחייבה חגיגית לקהילה הבינלאומית, הפגינה את האחריות והמחויבות של מדינה גדולה, וגם שיקפה את הצורך הדחוף של המדינה לקדם את השינוי והשדרוג של המבנה הכלכלי ולקדם את הדו-קיום ההרמוני בין האדם לטבע.

אתגרי טורבולנציה של מערכת החשמל
תחום האנרגיה הוא שדה קרב נצפה מאוד ליישום "פחמן כפול".
על כל עלייה של מעלה צלזיוס בטמפרטורה הממוצעת העולמית, פחם תורם יותר מ-0.3 מעלות צלזיוס. כדי לקדם עוד יותר את מהפכת האנרגיה, יש צורך לשלוט בצריכת האנרגיה המאובנים ולהאיץ את בנייתה של מערכת אנרגיה חדשה. בשנים 2022-2023, סין פרסמה יותר מ-120 מדיניות "פחמן כפול", תוך הדגשת התמיכה המרכזית בפיתוח וניצול אנרגיה מתחדשת.
תחת קידום חזק של מדיניות, סין הפכה למדינה הגדולה בעולם בשימוש באנרגיה חדשה ובאנרגיה מתחדשת. על פי נתוני מינהל האנרגיה הלאומי, במחצית הראשונה של 2024, כושר הייצור המותקן החדש של אנרגיה מתחדשת במדינה היה 134 מיליון קילוואט, המהווים 88% מהיכולת המותקנת החדשה; ייצור החשמל מאנרגיה מתחדשת היה 1.56 טריליון קילוואט-שעה, המהווים כ-35% מכלל ייצור החשמל.
יותר אנרגיית רוח ואנרגיה פוטו-וולטאית משולבות ברשת החשמל, מה שמביא חשמל ירוק ונקי יותר לייצור ולחיים של אנשים, אך גם מאתגר את אופן הפעולה המסורתי של רשת החשמל.
מצב אספקת החשמל המסורתי של רשת החשמל הוא מיידי ומתוכנן. כאשר אתה מפעיל את החשמל, משמעות הדבר היא שמישהו חישב את הצרכים שלך מראש ומייצר עבורך חשמל בו זמנית איפשהו. עקומת ייצור החשמל של תחנת הכוח ועקומת העברת החשמל של ערוץ ההולכה מתוכננות מראש על פי נתונים היסטוריים. גם אם הביקוש לחשמל עולה פתאום, ניתן לספק את הביקוש בזמן על ידי הפעלת יחידות כוח תרמיות גיבוי, על מנת להשיג פעולה בטוחה ויציבה של מערכת רשת החשמל.
עם זאת, עם כניסתם של מספר רב של אנרגיית רוח ואנרגיית פוטו-וולטאית, מתי וכמה חשמל ניתן לייצר נקבעים כולם על ידי מזג האוויר, דבר שקשה לתכנן. כאשר תנאי מזג האוויר טובים, יחידות האנרגיה החדשות פועלות במלוא התפוקה ומייצרות כמות גדולה של חשמל ירוק, אך אם הביקוש לא עולה, לא ניתן לחבר חשמל זה לאינטרנט; כאשר הביקוש לחשמל חזק, קורה גשם ומעונן, טורבינות הרוח אינן פועלות, הפאנלים הפוטו-וולטאיים אינם מתחממים, ומתרחשת בעיית הפסקות חשמל.
בעבר, נטישת אנרגיית הרוח והאור בגאנסו, שינג'יאנג ומחוזות אנרגיה חדשים אחרים הייתה קשורה למחסור עונתי בחשמל באזור ולחוסר היכולת של רשת החשמל לספוג אותו בזמן. חוסר השליטה של ​​אנרגיה נקייה מביא אתגרים לשיגור רשת החשמל ומגביר את הסיכונים התפעוליים של מערכת החשמל. כיום, כאשר אנשים תלויים מאוד באספקת חשמל יציבה לייצור ולחיים, לכל פער בין ייצור חשמל לצריכת חשמל תהיה השפעה כלכלית וחברתית חמורה.
קיים הבדל מסוים בין הקיבולת המותקנת של אנרגיה חדשה לבין ייצור החשמל בפועל, וביקוש החשמל של המשתמשים והחשמל המיוצר על ידי תחנות כוח אינם יכולים להשיג "מקור עוקב אחר עומס" ו"איזון דינמי". יש להשתמש בחשמל "הטרי" בזמן או לאחסן אותו, וזהו תנאי הכרחי לפעילות יציבה של רשת חשמל מאורגנת היטב. כדי להשיג מטרה זו, בנוסף לבניית מודל חיזוי אנרגיה נקייה מדויק באמצעות ניתוח מדויק של נתוני מזג אוויר ונתוני ייצור חשמל היסטוריים, יש צורך גם להגביר את הגמישות של שיגור מערכת החשמל באמצעות כלים כגון מערכות אחסון אנרגיה ותחנות כוח וירטואליות. המדינה מדגישה "האצת התכנון והבנייה של מערכת אנרגיה חדשה", ואחסון אנרגיה הוא טכנולוגיה הכרחית.

"הבנק הירוק" במערכת האנרגיה החדשה
תחת מהפכת האנרגיה, התפקיד החשוב של תחנות כוח אגירה שאובה הפך בולט יותר ויותר. טכנולוגיה זו, שנולדה בסוף המאה ה-19, נבנתה במקור כדי לווסת את משאבי המים העונתיים בנהרות לייצור חשמל. היא התפתחה במהירות והבשילה בהדרגה על רקע תיעוש מואץ ובניית תחנות כוח גרעיניות.
העיקרון שלה פשוט מאוד. שני מאגרים נבנים על ההר ולמרגלות ההר. כאשר מגיע הלילה או סוף השבוע, הביקוש לחשמל פוחת, והחשמל הזול והעודף משמש לשאיבת מים למאגר במעלה הזרם; כאשר צריכת החשמל בשיאה, המים משתחררים לייצור חשמל, כך שניתן יהיה לכוון מחדש את החשמל ולחלק אותו בזמן ובמרחב.
כטכנולוגיית אגירת אנרגיה בת מאה שנה, אגירה שאובה קיבלה משימה חדשה בתהליך "פחמן כפול". כאשר כושר ייצור החשמל של אנרגיית פוטו-וולטאית ואנרגיית רוח חזק והביקוש לחשמל של המשתמש מצטמצם, אגירה שאובה יכולה לאגור עודפי חשמל. כאשר הביקוש לחשמל עולה, החשמל משתחרר כדי לסייע לרשת החשמל להשיג איזון בין היצע לביקוש.
הוא גמיש ואמין, עם הפעלה ועצירה מהירות. לוקח פחות מ-4 דקות מההתחלה ועד לייצור חשמל בעומס מלא. אם מתרחשת תאונה בקנה מידה גדול ברשת החשמל, אגירת חשמל שאובה יכולה להתחיל במהירות ולשקם את אספקת החשמל לרשת החשמל. הוא נחשב ל"גפרור" האחרון שיאיר את רשת החשמל החשוכה.
כאחת מטכנולוגיות אגירת האנרגיה הבשלות והנפוצות ביותר, אגירת אנרגיה שאובה היא כיום ה"סוללה" הגדולה בעולם, המהווה יותר מ-86% מכושר אגירת האנרגיה המותקן בעולם. בהשוואה לאגירת אנרגיה חדשה כמו אגירת אנרגיה אלקטרוכימית ואגירת אנרגיה במימן, לאגירת אנרגיה שאובה יש יתרונות של טכנולוגיה יציבה, עלות נמוכה וקיבולת גדולה.
לתחנת כוח לאגירת אנרגיה שאובה יש אורך חיים מתוכנן של 40 שנה. היא יכולה לעבוד 5 עד 7 שעות ביום ולרוקן באופן רציף. היא משתמשת במים כ"דלק", בעלת עלויות תפעול ותחזוקה נמוכות, ואינה מושפעת מתנודות מחירי חומרי גלם כמו ליתיום, נתרן ונדיום. היתרונות הכלכליים ויכולות השירות שלה חיוניים להפחתת עלות החשמל הירוק ולהפחתת פליטות הפחמן מרשת החשמל.
ביולי 2024 פורסמה רשמית בגואנגדונג תוכנית היישום המחוזית הראשונה של ארצי להשתתפות בשוק החשמל באמצעות אגירה שאובה. תחנות כוח מסוג אגירה שאובה יסחרו את כל החשמל במקום (spot) בדרך חדשה של "מתן הצעת מחיר לכמות ומחיר", ו"ישאבו מים לאגירת חשמל" ו"ישחררו מים להשגת חשמל" בצורה יעילה וגמישה בשוק החשמל, וימלאו תפקיד חדש של אחסון וגישה לאנרגיה חדשה - "בנק חשמל ירוק", ויפתחו נתיב חדש להשגת יתרונות מכווני שוק.
"נגבש באופן מדעי אסטרטגיות הצעות מחיר, נשתתף באופן פעיל במסחר בחשמל, נשפר את היעילות הכוללת של היחידות ונשאף להשיג הטבות תמריצים מחשמל ותעריפי חשמל תוך קידום העלייה בשיעור צריכת האנרגיה החדשה", אמר וואנג ביי, סגן המנהל הכללי של מחלקת תכנון ומימון אחסון אנרגיה של רשת החשמל הדרומית.
טכנולוגיה בוגרת, קיבולת עצומה, אחסון וגישה גמישים, תפוקה ארוכת טווח, עלות נמוכה לאורך כל מחזור החיים ומנגנונים משופרים והולכים ומוכווני שוק הפכו את אגירת האנרגיה השאובה ל"כלכלית והמעשית" ביותר בתהליך מהפכת האנרגיה, וממלאת תפקיד מפתח בקידום השימוש היעיל באנרגיה מתחדשת ובהבטחת הבטיחות והיציבות של מערכת החשמל.

פרויקטים גדולים שנויים במחלוקת
על רקע התאמת מבנה האנרגיה הלאומי והפיתוח המהיר של אנרגיות חדשות, תחנות כוח לאגירת שאיבה בישרו פריחת בנייה. במחצית הראשונה של 2024, הקיבולת המותקנת המצטברת של אגירה שאובה בסין הגיעה ל-54.39 מיליון קילוואט, וקצב צמיחת ההשקעות גדל ב-30.4 נקודות אחוז לעומת התקופה המקבילה אשתקד. בעשר השנים הקרובות, מרחב ההשקעות של ארצי לאגירת שאיבה יהיה קרוב לטריליון יואן.
באוגוסט 2024, פרסמו הוועד המרכזי של המפלגה הקומוניסטית של סין ומועצת המדינה את "חוות הדעת על האצת הטרנספורמציה הירוקה המקיפה של פיתוח כלכלי וחברתי". עד שנת 2030, הקיבולת המותקנת של תחנות כוח אגירה שאובה תעלה על 120 מיליון קילוואט.
בעוד שהזדמנויות מגיעות, הן גם גורמות לבעיה של השקעות מחוממות יתר. בניית תחנות כוח עם אגירה שאובה היא הנדסת מערכת קפדנית ומורכבת, הכוללת קשרים מרובים כגון תקנות, עבודות הכנה ואישור. בתנופת ההשקעות, חלק מהרשויות המקומיות והבעלים מתעלמים לעתים קרובות מהאופי המדעי של בחירת האתר ורוויית הקיבולת, ורדפים יתר על המידה אחר המהירות וההיקף של פיתוח הפרויקט, מה שמביא שורה של השפעות שליליות.
בחירת האתר של תחנות כוח לאגירת שאיבה צריכה להתחשב בתנאים גיאולוגיים, מיקום גיאוגרפי (קרוב למרכז העומס, קרוב לבסיס האנרגיה), קו אדום אקולוגי, נפילת גובה, רכישת קרקע והגירה וגורמים נוספים. תכנון ותצורה לא סבירים יגרמו לבניית תחנות כוח להיות מחוץ לצרכים בפועל של רשת החשמל או בלתי שמישות. לא רק שעלות הבנייה ועלות התפעול יהיו קשות לעיכול לזמן מה, אלא אף יהיו בעיות כגון פגיעה בקו האדום האקולוגי במהלך הבנייה; לאחר השלמת הבנייה, אם הרמות הטכניות, התפעוליות והתחזוקה אינן עומדות בסטנדרטים, הדבר יגרום לסיכוני בטיחות.
"עדיין ישנם מקרים בהם בחירת האתר של פרויקטים מסוימים אינה סבירה." ליי שינגצ'ון, סגן מנהל כללי של מחלקת התשתיות של חברת אחסון האנרגיה של הדרום, אמר: "מהותה של תחנת כוח אגירה שאובה היא לשרת את צרכי רשת החשמל ולהבטיח גישה של אנרגיה חדשה לרשת. בחירת האתר והקיבולת של תחנת הכוח אגירה שאובה חייבות להיקבע על סמך מאפייני חלוקת החשמל, מאפייני תפעול רשת החשמל, חלוקת עומס החשמל ומבנה החשמל."
"הפרויקט גדול בקנה מידה ודורש השקעה ראשונית רבה. חשוב עוד יותר לחזק את התקשורת והתיאום עם מחלקות משאבי טבע, הסביבה האקולוגית, היערנות, אדמת מרעה, שימור מים ומחלקות אחרות, ולעשות עבודה טובה בחיבור לקו האדום להגנה אקולוגית ולתוכניות קשורות", הוסיף ג'יאנג שוון, ראש מחלקת התכנון של חברת אחסון האנרגיה של Southern Grid.
השקעות הבנייה של עשרות מיליארדים או אפילו עשרות מיליארדים, שטח הבנייה של מאות דונם של מאגרים, ותקופת הבנייה של 5 עד 7 שנים הן גם הסיבות לכך שאנשים רבים מבקרים את אגירת האנרגיה השאובה על היותה "חסכונית וידידותית לסביבה" בהשוואה לאגירת אנרגיה אחרת.
אבל למעשה, בהשוואה לזמני הפריקה המוגבלים וחיי הפעילות של 10 שנים של אגירת אנרגיה כימית, חיי השירות בפועל של תחנות כוח אגירה שאובה יכולים להגיע ל-50 שנה או אפילו יותר. עם אגירת אנרגיה בקיבולת גדולה, תדירות שאיבה בלתי מוגבלת ועלות נמוכה יותר לקילוואט-שעה, היעילות הכלכלית שלה עדיין גבוהה בהרבה מאגירת אנרגיה אחרת.
ג'נג ג'ינג, מהנדס בכיר במכון הסיני לתכנון ועיצוב משאבי מים ואנרגיה הידרואלקטרית, ערך מחקר: "ניתוח היעילות הכלכלית של הפרויקט מראה כי העלות המפולסת לקילוואט-שעה של תחנות כוח באגירה שאובה היא 0.207 יואן/קוט"ש. העלות המפולסת לקילוואט-שעה של אגירת אנרגיה אלקטרוכימית היא 0.563 יואן/קוט"ש, פי 2.7 מזו של תחנות כוח באגירה שאובה."
"אגירת אנרגיה אלקטרוכימית גדלה במהירות בשנים האחרונות, אך קיימות סכנות נסתרות שונות. יש צורך להאריך באופן מתמיד את מחזור החיים, להפחית את עלות היחידה, ולהגדיל את קנה המידה של תחנת הכוח ולקבוע את פונקציית כוונון הפאזה מנקודת מבט של הבטחת בטיחות, כך שניתן יהיה להשוות אותה לתחנות כוח אגירה שאובה", ציין ג'נג ג'ינג.

לבנות תחנת כוח, לייפות את הארץ
על פי נתוני רשת החשמל הדרומית (Southern Power Grid Energy Storage), במחצית הראשונה של 2024, ייצור החשמל המצטבר של תחנות כוח אגירה שאובה באזור הדרום היה כמעט 6 מיליארד קוט"ש, שווה ערך לביקוש החשמל של 5.5 מיליון משתמשים פרטיים במשך חצי שנה, עלייה של 1.3% משנה לשנה; מספר יחידות ייצור החשמל שהוקמו עלה על פי 20,000, עלייה של 20.9% משנה לשנה. בממוצע, כל יחידה של כל תחנת כוח מייצרת שיא חשמל יותר מ-3 פעמים ביום, ותורמת תרומה חשובה לגישה יציבה של אנרגיה נקייה לרשת החשמל.
על בסיס סיוע לרשת החשמל לשפר את קיבולת אחסון האנרגיה שלה בזמן שיא ולספק חשמל נקי לפיתוח חברתי וכלכלי, רשת החשמל הדרומית (Southern Power Grid Energy Storage) מחויבת לבניית תחנות כוח יפות ולספק מוצרים אקולוגיים וסביבתיים "ירוקים, פתוחים ומשותפים" לאוכלוסייה המקומית.
בכל אביב, ההרים מלאים בפריחת דובדבן. רוכבי אופניים ומטיילים נוסעים למחוז יאנטיאן של שנזן כדי לבדוק את מצבם. הם משתקפים באגם ובהרים, מטיילים בים של פריחת דובדבן, כאילו היו בגן עדן. זהו המאגר העליון של תחנת הכוח שאובה של שנזן, תחנת הכוח הראשונה שנבנתה במרכז העיר במדינה, ו"פארק ההרים והים" בפי התיירים.
תחנת הכוח שאובה של שנזן שילבה קונספטים אקולוגיים ירוקים בתחילת התכנון שלה. מתקנים וציוד להגנת הסביבה ולשימור מים תוכננו, נבנו והופעלו במקביל לפרויקט. הפרויקט זכה בפרסים כגון "פרויקט איכות לאומי" ו"פרויקט הדגמה לאומי לשימור קרקע ומים". לאחר הפעלת תחנת הכוח, חברת China Southern Power Grid Energy Storage שדרגה את נוף ה"דה-אינדוסטריזציה" של אזור המאגר העליון לסטנדרט של פארק אקולוגי, ושיתפה פעולה עם ממשלת מחוז יאנטיאן כדי לשתול פרחי דובדבן סביב המאגר העליון, ויצרה את כרטיס הביקור של יאנטיאן "עיר ההרים, הים והפרחים".
הדגש על הגנה אקולוגית אינו מקרה מיוחד של תחנת הכוח שאובה של שנזן. חברת China Southern Power Grid Energy Storage גיבשה מערכות ניהול בנייה ירוקות מחמירות ותקני הערכה לאורך כל תהליך בניית הפרויקט; כל פרויקט משלב את הסביבה הטבעית שמסביב, מאפיינים תרבותיים ותוכניות רלוונטיות של הממשל המקומי, וקובע הוצאות מיוחדות לשיקום ושיפור הסביבה האקולוגית בתקציב הגנת הסביבה כדי להבטיח שילוב הרמוני של הנוף התעשייתי של הפרויקט והסביבה האקולוגית שמסביב.
"לתחנות כוח אגירה שאובה יש דרישות גבוהות יחסית לבחירת אתר. על בסיס הימנעות מקווים אדומים אקולוגיים, אם ישנם צמחים מוגנים נדירים או עצים עתיקים באזור הבנייה, יש צורך לתקשר עם מחלקת היערות מראש ולנקוט באמצעי הגנה בהנחיית מחלקת היערות כדי לבצע הגנה באתר או הגנה מפני נדידה", אמר ג'יאנג שוון.
בכל תחנת כוח לאגירה שאובה של Southern Power Grid Energy Storage, ניתן לראות מסך תצוגה אלקטרוני ענק, המפרסם נתונים בזמן אמת כגון תכולת יונים שליליים, איכות אוויר, קרניים אולטרה סגולות, טמפרטורה, לחות וכו' בסביבה. "זה מה שביקשנו לנטר בעצמנו, כדי שבעלי העניין יוכלו לראות בבירור את איכות הסביבה של תחנת הכוח." ג'יאנג שוון אמר, "לאחר בניית תחנות הכוח לאגירה שאובה של יאנגג'יאנג ומייג'ואו, אנפות, המכונות 'ציפורי ניטור סביבתי', הגיעו לקנן בקבוצות, וזו ההכרה האינטואיטיבית ביותר באיכות הסביבה האקולוגית כגון איכות האוויר ומי המאגר באזור תחנת הכוח."
מאז בניית תחנת הכוח הראשונה בקנה מידה גדול באגירה שאובה בסין בגואנגג'ואו בשנת 1993, צברה Southern Power Grid Energy Storage ניסיון בוגר ביישום פרויקטים ירוקים לאורך כל מחזור החיים. בשנת 2023 השיקה החברה את "שיטות ניהול בנייה ירוקה ומדדי הערכה עבור תחנות כוח באגירה שאובה", אשר הבהירו את האחריות ותקני ההערכה של בנייה ירוקה של כל היחידות המשתתפות בפרויקט במהלך תהליך הבנייה. לתוכנית יש מטרות מעשיות ושיטות יישום, דבר בעל משמעות רבה להכוונת התעשייה ליישום הגנה אקולוגית.
תחנות כוח לאגירת אנרגיה שאובה נבנו מאפס, וטכנולוגיות וניהול רבות אין להם תקדימים ללכת בעקבותיהם. היא מסתמכת על מובילי תעשייה כמו Southern Power Grid Energy Storage כדי להניע את שרשראות התעשייה במעלה ובמורד הזרם לחדש, לחקור ולאמת באופן רציף, ולקדם שדרוג תעשייתי צעד אחר צעד. הגנה אקולוגית היא גם חלק בלתי נפרד מפיתוח בר-קיימא של תעשיית האגירה השאובה. היא לא רק מייצגת את אחריות החברה, אלא גם מדגישה את הערך "הירוק" ותכולת הזהב של פרויקט אחסון אנרגיה ירוקה זה.

שעון ניטרליות הפחמן מצלצל, ופיתוח האנרגיה המתחדשת ממשיך להשיג פריצות דרך חדשות. תפקידן של תחנות כוח אגירה שאובה כ"ווסתים", "בנקי כוח" ו"מייצבים" במאזן העומסים של רשת החשמל הופך בולט יותר ויותר.