揚水発電は大規模エネルギー貯蔵において最も広く利用され、成熟した技術であり、発電所の設置容量はギガワットに達することもあります。現在、世界で最も成熟し、設置容量が最も大きいエネルギー貯蔵は揚水発電です。
揚水発電技術は成熟度が高く、安定性が高く、総合的なメリットも大きいため、ピーク調整やバックアップ用途によく利用されています。揚水発電は大規模エネルギー貯蔵において最も広く利用され、成熟した技術であり、発電所の設置容量はギガワットに達することもあります。
中国エネルギー研究協会エネルギー貯蔵専門委員会の不完全な統計によると、揚水発電は現在、世界で最も成熟し、設置容量が最も大きいエネルギー貯蔵システムです。2019年時点で、世界の運用エネルギー貯蔵容量は1億8000万キロワットに達し、揚水発電の設置容量は1億7000万キロワットを超え、世界の総エネルギー貯蔵容量の94%を占めています。
揚水発電所は、電力系統の低負荷時に発電した電力を用いて水を高所に揚水し貯水し、ピーク負荷時に水を放出して発電します。低負荷時には揚水発電所は需要家となり、ピーク負荷時には発電所となります。
揚水発電ユニットは、水を汲み上げることと発電するという二つの基本機能を持ちます。電力系統の負荷がピークに達したとき、ユニットは水車として動作します。水車のガイドベーンの開度は調速機によって調整され、水の位置エネルギーがユニットの回転に伴う機械エネルギーに変換されます。そして、この機械エネルギーは発電機によって電気エネルギーに変換されます。
電力系統の負荷が低い場合、水ポンプを用いて下池から上池へ水を汲み上げます。調速機システムの自動調整により、ガイドベーン開度はポンプの揚程に応じて自動的に調整され、電気エネルギーが水位エネルギーに変換されて蓄電されます。
揚水発電所は、主に電力系統のピーク調整、周波数調整、緊急バックアップ、ブラックスタートを担っており、電力系統の負荷改善とバランス調整、電力供給品質の向上、電力系統の経済的利益の向上に寄与し、電力網の安全、経済的、安定した運用を確保するための基盤となっています。揚水発電所は、電力網の安全運用において「安定装置」、「調整装置」、「バランサー」などと呼ばれています。
世界の揚水発電所の発展傾向は、高揚程、大容量、高速化です。高揚程とは、ユニットの揚程がさらに高くなること、大容量とはユニット単体の容量が継続的に増加すること、高速化とはユニットの比速度がさらに高くなることを意味します。
発電所の構造と特徴
揚水発電所の主な建物は、一般的に上部貯水池、下部貯水池、送水設備、作業場、その他の特殊建物で構成されます。従来の水力発電所と比較して、揚水発電所の水力構造には以下の主な特徴があります。
揚水発電所には上部貯水池と下部貯水池があり、同じ設備容量の従来型水力発電所と比較すると、揚水発電所の貯水池容量は通常比較的小さいです。
貯水池の水位は変動が大きく、頻繁に上下します。電力系統のピークカットと谷埋めという任務を担うため、揚水発電所の貯水池水位の日々の変動は通常比較的大きく、一般的には10～20メートルを超え、一部の発電所では30～40メートルに達します。また、貯水池水位の変化速度は比較的速く、一般的には5～8m/h、時には8～10m/hに達します。
貯水池の浸水防止に対する要求は高く、純揚水発電所では上部貯水池の浸水により大量の水損失が発生した場合、発電所の発電量が低下します。同時に、浸水によるプロジェクト区域内の水文地質条件の悪化、浸水被害、集中浸水の発生を防ぐため、貯水池の浸水防止に対する要求も高くなっています。
揚水発電所の落差は一般的に高く、主に200～800メートルです。総設備容量180万キロワットの鶏西揚水発電所は、我が国初の650メートル落差プロジェクトであり、総設備容量140万キロワットの敦化揚水発電所は、我が国初の700メートル落差プロジェクトです。揚水発電技術の継続的な発展に伴い、我が国の高落差・大容量発電所の数は今後増加するでしょう。
ユニットは低地に設置されます。近年、国内外で建設された大規模揚水発電所は、浮力や浸透による発電所への影響を克服するため、地下発電所の形式を採用するケースが主流となっています。
世界最古の揚水発電所は、1882年に建設されたスイス・チューリッヒのネトラ揚水発電所です。中国における揚水発電所の建設は比較的遅れて始まりました。最初の斜流可逆ユニットは1968年に江南ダムに設置されました。その後、国内エネルギー産業の急速な発展に伴い、原子力発電と火力発電の設備容量が急速に増加し、電力システムには対応する揚水発電ユニットを設置する必要が生じました。
中国は1980年代から大規模揚水発電所の建設を積極的に進めてきました。近年、我が国の経済と電力産業の急速な発展に伴い、大規模揚水発電所の設備の自立化において、実りある科学技術上の成果を達成しました。
2020年末現在、我が国の揚水発電設備容量は3,149万キロワットで、前年比4.0%増加しました。2020年の全国の揚水発電容量は335億kWhで、前年比5.0%増加しました。新たに追加された揚水発電容量は120万kWhでした。我が国の揚水発電所の生産数と建設中の数は、いずれも世界トップクラスです。
中国国家電網公司は、揚水発電の開発を常に重視してきました。現在、国家電網は22の揚水発電所を稼働させており、30の揚水発電所を建設中です。
2016年、陝西省鎮安市、ジュロン市、江蘇省、清元市、遼寧省、福建省廈門市、新疆省富康市の5つの揚水発電所の建設が開始された。
2017年、河北省宜県、内モンゴル自治区の直瑞、浙江省寧海市、浙江省金雲、河南省羅寧市、湖南省平江市で6つの揚水発電所の建設が開始された。
2019年、河北省の撫寧、吉林省の交河、浙江省の曲江、山東省の濰坊、新疆の哈密で5つの揚水発電所の建設が始まった。
2020年には、山西園区、山西渾源、浙江潘安、山東泰安の4つの揚水発電所第2期建設が開始される。
我が国初の完全自律型ユニット設備を備えた揚水発電所です。2011年10月にこの発電所は無事に完成し、我が国が揚水発電ユニット設備開発の中核技術を習得したことを示しています。
2013年4月、福建省仙油揚水発電所が正式に発電を開始し、2016年4月には、ユニット出力37万5000キロワットの浙江省仙居揚水発電所が系統連系に成功しました。我が国の大規模揚水発電設備の自立運転設備は、継続的に普及・応用されています。
我が国初の700メートル落差揚水発電所です。総設備容量は140万キロワットです。2021年6月4日、1号機が運転を開始し、発電を開始しました。
現在、世界最大の設備容量を誇る揚水発電所が建設中です。総設備容量は360万キロワットです。
揚水発電は、基礎的、総合的、公共的という特徴を有し、新電力系統の電源、ネットワーク、負荷、蓄電リンクの調整サービスに参画することができ、その総合的なメリットはより顕著です。電力系統の安全な電力供給安定化装置、クリーンで低炭素なバランサ、高効率な運転調整器といった重要な機能を備えています。
第一に、新エネルギーの大量導入に伴う電力系統の信頼できる予備力不足に効果的に対処します。二重容量ピーク調整の優位性を活かし、電力系統の大容量ピーク調整能力を向上させ、新エネルギーの不安定性によるピーク負荷供給問題と、ピーク負荷の谷によるピーク負荷供給問題を緩和します。また、この時期に新エネルギーの大規模開発によって生じた消費困難は、新エネルギーの消費をより効果的に促進するでしょう。
2つ目は、迅速な対応による柔軟な調整能力に頼って、新エネルギーの出力特性と負荷需要の不一致に効果的に対処し、新エネルギーのランダム性と変動性によりうまく適応し、「天候に応じて」新エネルギーがもたらす柔軟な調整需要を満たすことです。
3つ目は、高比率新エネルギー電力システムの慣性モーメント不足に効果的に対処することです。同期発電機の高い慣性モーメントの利点を活かし、システムの耐擾乱能力を効果的に高め、システム周波数の安定性を維持します。
4つ目は、「ダブルハイ」方式が新電力システムに及ぼす潜在的な安全への影響に効果的に対処し、緊急バックアップ機能を担い、迅速な起動停止と迅速な出力上昇能力により、いつでも突発的な調整ニーズに対応することです。同時に、遮断可能な負荷として、ミリ秒単位の応答で揚水機の定格負荷を安全に除去し、システムの安全性と安定性を向上させます。
第五に、大規模な新エネルギー系統接続に伴う高い調整コストに効果的に対処します。合理的な運用方法と火力発電を組み合わせることで、炭素排出量の削減と効率向上を図り、風力発電や太陽光発電の廃棄を減らし、容量配分を促進し、システム全体の経済性とクリーンな運用を向上させます。
インフラ資源の最適化と統合を強化し、建設中の30件のプロジェクトの安全、品質、進捗管理を調整し、機械化施工、インテリジェント制御、標準化施工を積極的に推進し、工期を最適化し、「第14次5カ年計画」期間中に揚水発電容量が2,000万キロワットを超え、2030年までに稼働設備容量が7,000万キロワットを超えることを確保する。
二つ目は、リーンマネジメントの徹底です。計画指導を強化し、「デュアルカーボン」目標と会社戦略の実践を軸に、「第14次五カ年計画」の揚水発電開発計画を質の高い形で策定します。プロジェクトの予備作業手順を科学的に最適化し、プロジェクトの実現可能性調査と承認を秩序ある形で進めます。安全、品質、工期、コストを重視し、エンジニアリング建設におけるインテリジェント管理、機械化施工、グリーン建設を積極的に推進し、建設中のプロジェクトが早期に利益を享受できるようにします。
設備のライフサイクル管理を深化させ、ユニットの電力網サービスに関する研究を深め、ユニットの運用戦略を最適化し、電力網の安全かつ安定した運用に全面的に貢献します。多元的なリーンマネジメントを深化させ、現代のスマートサプライチェーンの構築を加速し、資材管理システムを改善し、資本、資源、技術、データなどの生産要素を科学的に配分し、品質と効率を積極的に向上させ、管理効率と運営効率を総合的に向上させます。
第三は、技術革新の突破口を模索することです。科学技術革新「新飛躍行動計画」を徹底的に実施し、科学研究への投資を増やし、自主革新能力を向上させます。可変速ユニット技術の応用を拡大し、400メガワットの大容量ユニットの技術研究開発を強化し、ポンプ水車モデル実験室とシミュレーション実験室の建設を加速し、自主的な科学技術革新プラットフォームの構築に全力を尽くします。
科学研究の配置と資源配分を最適化し、揚水発電の中核技術研究を強化し、「行き詰まり」という技術課題の克服に努める。「ビッグクラウドIoTスマートチェーン」などの新技術の応用研究を深め、デジタルインテリジェント発電所の構築を包括的に展開し、企業のデジタルトランスフォーメーションを加速する。
投稿日時: 2022年3月7日
