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、発電所の設備容量はギガワットに達することもある。現在、世界で最も成熟し、設備容量が最大規模のエネルギー貯蔵システムは揚水発電である。
揚水発電技術は成熟しており安定しており、総合的なメリットも大きいため、ピーク時の電力調整やバックアップ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、発電所の設備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、設置容量も最大規模のエネルギー貯蔵方式である。2019年時点で、世界の稼働中の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%を占めている。
揚水発電所は、電力系統の負荷が低い時間帯に発電した電力を使って水を高い場所に汲み上げて貯水し、負荷が高い時間帯に水を放流して発電します。負荷が低いときは揚水発電所は電力の利用者であり、負荷が高いときは発電所となります。
揚水発電設備には、揚水と発電という2つの基本的な機能があります。電力系統の負荷がピークに達したとき、この設備は水力タービンとして動作します。水力タービンのガイドベーンの開度はガバナーシステムによって調整され、水の位置エネルギーが設備の回転による機械エネルギーに変換され、その後、機械エネルギーが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、水ポンプを使用して下部貯水槽から上部貯水槽へ水を汲み上げます。ガバナーシステムの自動調整により、ポンプの揚程に応じてガイドベーンの開度が自動的に調整され、電気エネルギーが水の位置エネルギーに変換されて蓄えられます。
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い、電力系統の負荷を改善・均衡させ、電力供給品質と電力系統の経済的利益を向上させ、電力系統の安全、経済的、安定的な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、電力系統の安全な運用において「安定装置」、「調整装置」、「バランス装置」として知られています。
世界の揚水発電所の開発動向は、高落差、大容量、高速化である。高落差とは、発電ユニットの落差を高くすることを意味し、大容量とは、ユニット1基あたりの発電容量を継続的に増加させることを意味し、高速化とは、発電ユニットの比速度を高くすることを意味する。
発電所の構造と特徴
揚水発電所の主要建造物は、一般的に上部貯水池、下部貯水池、送水システム、作業場、その他の専用建造物から構成されます。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、主に以下の特徴があります。
揚水発電所には上部貯水池と下部貯水池がある。同じ設備容量を持つ従来型の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。
貯水池の水位は大きく変動し、頻繁に上下します。電力系統におけるピークシェービングと谷埋めの役割を果たすため、揚水発電所の貯水池の水位は日によって大きく変動し、一般的には10～20メートルを超え、発電所によっては30～40メートルに達することもあります。また、貯水池の水位変化の速度も比較的速く、一般的には5～8メートル/時、場合によっては8～10メートル/時に達することもあります。
貯水池からの漏水防止に対する要求水準は高い。揚水発電所において、上部貯水池からの漏水によって大量の水損失が発生した場合、発電所の発電量は減少する。同時に、事業区域内の水文地質条件の悪化による漏水被害や集中漏水の発生を防ぐため、貯水池からの漏水防止にはより高い要求水準が課せられている。
水頭が高い。揚水発電所の水頭は一般的に高く、ほとんどが200～800メートルである。総設備容量180万キロワットの鶏渓揚水発電所は、我が国初の水頭650メートル区間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、我が国初の水頭700メートル区間プロジェクトである。揚水技術の継続的な発展に伴い、我が国における高水頭・大容量発電所の数は増加していくであろう。
この装置は低い位置に設置される。浮力や浸透が発電所に及ぼす影響を克服するため、近年国内外で建設された大規模揚水発電所は、ほとんどが地下発電所の形態を採用している。
世界最古の揚水発電所は、1882年にスイスのチューリッヒに建設された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。最初の斜流可逆式揚水発電ユニットは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、電力系統に相応の揚水発電ユニットを装備する必要が生じました。
1980年代以降、中国は大規模揚水発電所の建設を精力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、大規模揚水発電設備の自立化において、実りある科学技術的成果を上げています。
2020年末時点で、我が国の揚水発電設備の設置容量は3149万キロワットで、前年比4.0%増加しました。2020年の国内揚水発電容量は335億キロワット時で、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120万キロワット時でした。我が国の揚水発電所は、稼働中および建設中ともに世界第1位にランクされています。
中国国家電網公司は、揚水発電の開発を常に重視してきた。現在、国家電網公司は22基の揚水発電所を稼働させており、さらに30基の揚水発電所を建設中である。
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。2011年10月に発電所が無事完成したことは、我が国が揚水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、福建省仙友揚水発電所が正式に発電運転を開始し、2016年4月には、発電容量37万5000キロワットの浙江省仙居揚水発電所が送電網への接続に成功しました。我が国では、大規模揚水発電設備の自律型設備が普及し、継続的に活用されています。
我が国初の落差700メートルの揚水発電所。総設備容量は140万キロワット。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。
世界最大の設備容量を持つ揚水発電所が現在建設中である。総設備容量は360万キロワットである。
揚水発電は、基本的、包括的、公共的な特徴を備えています。新しい電力系統の電源、ネットワーク、負荷、蓄電リンクの調整サービスに参加でき、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ス調整装置、高効率な運転調整装置として重要な機能を果たします。
第一に、新エネルギーの普及率が高まる中で、電力系統の信頼できる予備容量の不足に効果的に対処することです。二重容量ピーク調整の利点を活用することで、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や、需要の谷によるピーク負荷問題を緩和できます。また、この期間における新エネルギーの大規模開発に伴う消費困難を解消し、新エネルギーの消費をより促進することができます。
2つ目は、新エネルギーの出力特性と負荷需要のミスマッチに効果的に対処し、迅速な対応による柔軟な調整能力を活用することで、新エネルギーのランダム性や変動性により良く適応し、「天候次第」という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ある。
3つ目は、新エネルギー比率の高い電力系統における慣性モーメント不足に効果的に対処することである。同期発電機の高い慣性モーメントの利点を活かすことで、系統の耐擾乱能力を効果的に向上させ、系統周波数の安定性を維持することができる。
4つ目は、新電力系統における「二重高架」方式の潜在的な安全上の影響に効果的に対処し、非常用バックアップ機能を担い、高速起動・停止および高速出力ランプ機能により、いつでも急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、ポンプユニットの定格負荷をミリ秒単位の応答で安全に除去し、システムの安全かつ安定した運転を向上させます。
5つ目は、大規模な新エネルギー系統接続に伴う高額な調整コストに効果的に対処することです。合理的な運用方法を通じて、火力発電と組み合わせることで炭素排出量を削減し、効率を高め、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のプロジェクトの安全性、品質、進捗管理を調整し、機械化建設、インテリジェント制御、標準化建設を積極的に推進し、建設期間を最適化し、「第14次五カ年計画」期間中に揚水発電容量が2000万キロワットを超え、2030年までに稼働設備容量が7000万キロワットを超えることを保証する。
2つ目は、リーンマネジメントに力を入れることです。計画指導を強化し、「デュアルカーボン」目標と企業戦略の実施を中心に据え、揚水発電の「第14次五カ年計画」を高品質で策定します。プロジェクトの初期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立てて進めます。安全性、品質、工期、コストに重点を置き、建設中のプロジェクトが可能な限り早く利益を上げられるよう、インテリジェントな管理と制御、機械化建設、グリーン建設を積極的に推進します。
設備ライフサイクル管理を深化させ、各ユニットの電力系統サービスに関する研究を深め、各ユニットの運用戦略を最適化し、電力系統の安全かつ安定した運用に全面的に貢献する。多次元リーン管理を深化させ、現代的なスマートサプライチェーンの構築を加速させ、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、管理効率と運用効率を総合的に向上させる。
3つ目は、技術革新におけるブレークスルーを追求することです。科学技術革新のための「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、自主的なイノベーション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メガワット級大型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およびシミュレーション実験室の建設を加速させ、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に関する研究を強化し、「行き詰まり」という技術的問題の克服に努める。「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に関する研究を深め、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、企業のデジタル変革を加速させる。
投稿日時：2022年3月7日
