揚水発電の急速かつ大規模な開発の課題と対策

急速かつ大規模な開発・建設は、安全、品質、人員不足といった問題を引き起こしています。新たな電力システムの建設需要に応えるため、毎年多数の揚水発電所の建設が承認されています。また、必要な建設期間も8～10年から4～6年に大幅に短縮されています。プロジェクトの急速な開発・建設は、安全、品質、人員不足といった問題を必然的に引き起こすでしょう。
プロジェクトの急速な発展と建設によってもたらされた一連の問題を解決するために、建設とプロジェクト管理部門はまず揚水発電所土木工事の機械化とインテリジェント化に関する技術研究と実践を行う必要があります。大量の地下空洞の掘削にTBM（トンネル掘削機）技術を導入し、揚水発電所の特徴に合わせてTBM設備を開発し、建設技術計画を策定しました。土木工事における掘削、出荷、支持、逆アーチなどのさまざまな操作シーンを考慮して、機械化・インテリジェント化建設の全プロセス支援アプリケーションスキームを開発し、単一プロセス設備のインテリジェント化操作、全プロセス建設システムの自動化、設備建設情報のデジタル化、遠隔操作機械設備の無人化施工、建設品質のインテリジェント知覚分析などのテーマについて研究を行い、さまざまな機械化・インテリジェント化建設設備とシステムを開発しました。
機械電機工学の機械化・知能化では、作業者の削減、作業効率の向上、作業リスクの軽減などの面から機械化・知能化の応用需要と可能性を分析し、機械電機設備設置のさまざまな運用シーンに合わせて、さまざまな機械電機工学の機械化・知能化建設設備とシステムを開発します。

さらに、3Dエンジニアリング設計およびシミュレーション技術を使用して、一部の施設や設備を事前にプレファブリケーションしてシミュレーションすることもできます。これにより、一部の作業を事前に完了して現場での工期を短縮できるだけでなく、機能検収および品質管理を事前に実行して、品質および安全管理レベルを効果的に向上させることができます。
発電所の大規模運用は、信頼性の高い運用、インテリジェントで集中的な需要管理といった課題をもたらします。揚水発電所の大規模運用は、運転・保守コストの高騰、人員不足などの問題を引き起こします。運転・保守コストを削減するには、揚水発電所の運転信頼性を向上させることが鍵となります。人員不足の問題を解決するには、発電所のインテリジェントで集中的な運用管理を実現する必要があります。
ユニットの運転信頼性を向上させるには、設備の機種選定と設計の面で、技術者は揚水発電所の設計と運転の実践経験を深く総括し、揚水発電所の関連設備サブシステムの最適化設計、機種選定、標準化研究を実施し、設備の試運転、故障対応、メンテナンス経験に応じて反復的に更新する必要があります。設備製造の面では、従来の揚水発電所の一部の重要な設備製造技術は依然として海外メーカーの手に委ねられています。これらの「チョーク」設備の現地化研究を実施し、長年の運転・メンテナンス経験と戦略を統合することで、これらの重要なコア設備の製品品質と運転信頼性を効果的に向上させる必要があります。設備の動作監視に関しては、技術者は設備の状態の観測可能性と測定可能性の観点から設備の状態監視要素の構成基準を体系的に策定し、本質的安全要求に基づいて設備の制御戦略、状態監視戦略、健全性評価方法を深く研究し、設備の状態監視のためのインテリジェントな分析と早期警報プラットフォームを構築し、設備に潜む危険を事前に発見し、適時に早期警報を行う必要があります。
発電所のインテリジェント化と集約的な運転管理を実現するために、技術者は設備制御と操作の面で設備自動制御やワンポイント操作技術の研究を行い、人員の介入なしにユニットの全自動起動停止と負荷調整を実現し、操作シーケンスと多次元インテリジェント確認を可能な限り実現する必要があります。設備検査の面では、技術者は機械視覚知覚、機械聴覚知覚、ロボット検査などの方面に関する技術研究を行い、検査機器の交換に関する技術実習を行うことができます。発電所の集約的な操作では、揚水発電所の発展によってもたらされた当直人員不足の問題を効果的に解決するために、一人、複数プラントの集中監視技術の研究と実践を行う必要があります。
多数の分散型新エネルギーの消費によってもたらされる揚水発電の小型化とマルチエネルギー補完の統合運用。新電力システムの顕著な特徴は、低圧系統で運用される多数の小規模な新エネルギーが系統の各エリアに散在していることである。これらの分散型新エネルギーを最大限に吸収・活用し、大規模電力系統の電力混雑を効果的に緩和するためには、分散型新エネルギーの近くに分散型揚水発電ユニットを構築し、低圧電力系統を通じて新エネルギーの地域的な貯蔵、消費、利用を実現する必要がある。そのため、揚水発電の小型化とマルチエネルギー補完の統合運用の問題を解決する必要がある。
エンジニアと技術者は、小型可逆揚水ユニット、ポンプとタービンの同軸独立運転、小型水力発電所とポンプ場の連携運転など、複数のタイプの分散型揚水発電所の敷地選定、設計と製造、制御戦略と統合応用に関する研究を積極的に行う必要があります。同時に、揚水発電と風力、光電、水力の統合運用技術の研究とプロジェクト実証を実施し、新しい電力システムのエネルギー効率と経済的相互作用の探求のための技術ソリューションを提案します。
高弾性電力網に適応する可変速揚水発電ユニットの技術的「チョーク」問題。可変速揚水発電ユニットは、一次周波数調整に対する応答が速く、揚水機の作動条件下で入力力を調整でき、ユニットが最適な曲線で運転するとともに、応答が敏感で、慣性モーメントが大きいなどの特徴がある。電力網のランダム性と変動性を効果的に抑制し、新エネルギーの発電側と使用側で余剰電力をより正確に調整・吸収し、高弾性でインタラクティブな電力網の負荷バランスをより良く制御するためには、電力網における可変速ユニットの割合を高める必要がある。しかし、現在、可変速揚水発電ユニットの主要技術の多くは依然として海外メーカーの手に渡っており、技術的「チョーク」の問題を解決する必要がある。
重要なコア技術の自主制御を実現するために、国内の科学研究技術力を結集し、可変速発電電動機とポンプ水車の設計開発、交流励磁コンバータの制御戦略と装置の開発、可変速ユニットの協調制御戦略と装置の開発、可変速ユニットの調速機制御戦略の研究、可変速ユニットの動作条件変換プロセスと統合制御戦略の研究などを重点的に行い、大型可変速ユニットの完全な国産化設計と製造、およびエンジニアリングの実証応用を実現する。
まとめると、新型電力システムの急速な発展と建設に伴い、機械化・スマート化建設技術、発電所のスマート化・集約化運転技術、揚水発電所の多エネルギー補完・統合運転技術の研究を加速し、地域の実情に合わせて分散型新エネルギーの中小型揚水発電所を多数建設し、可変速揚水ユニットの現地化と工学応用を積極的に推進する必要がある。科学技術者は発展の機会を捉え、適切な研究方向を見つけ、新型電力システムの構築と「デュアルカーボン」目標の実現に適切な貢献をすべきである。