नवीन ऊर्जा प्रणालीशी जुळवून घेणाऱ्या पंपिंग आणि साठवण प्रणालीच्या विकासातील समस्या आणि उपाययोजना

"कार्बन उत्सर्जन शिखर आणि कार्बन तटस्थीकरण" हे उद्दिष्ट साध्य करण्यासाठी आणि एक नवीन ऊर्जा प्रणाली उभारण्यासाठी, चायना सदर्न पॉवर ग्रिड कॉर्पोरेशनने २०३० पर्यंत दक्षिण भागात मूलभूतपणे एक नवीन ऊर्जा प्रणाली आणि २०६० पर्यंत पूर्णपणे एक नवीन ऊर्जा प्रणाली उभारण्याचा स्पष्ट प्रस्ताव दिला आहे. या प्रक्रियेत, आम्ही पंप्ड स्टोरेजचा जोरदार विकास करू. "चौदाव्या, पंधराव्या आणि सोळाव्या पंचवार्षिक योजने"च्या काळात अनुक्रमे ६ दशलक्ष किलोवॅट, १५ दशलक्ष किलोवॅट आणि १५ दशलक्ष किलोवॅट स्थापित क्षमता वाढवण्याची योजना आहे. आम्ही २०३५ पर्यंत दक्षिण भागात सुमारे ४४ दशलक्ष किलोवॅट पंप्ड स्टोरेज क्षमतेपर्यंत पोहोचण्याचा प्रयत्न करू, ज्यामुळे ते एक नवीन प्रकारचे ऊर्जा प्रणालीतील बिघाड नियंत्रक, भार नियंत्रक आणि ऊर्जा ग्रिड स्थिरक बनेल.
स्रोत: वीचॅट अधिकृत खाते “चायना एनर्जी मीडिया इंटेलिजेंट मॅन्युफॅक्चरिंग”
लेखक: पेंग युमिन, एनर्जी स्टोरेज रिसर्च इन्स्टिट्यूट ऑफ चायना सदर्न पॉवर ग्रिड पीक शेविंग अँड फ्रिक्वेन्सी मॉड्युलेशन पॉवर जनरेशन कंपनी लिमिटेड

नवीन वीज प्रणालीची मुख्य वैशिष्ट्ये
नवीन ऊर्जा प्रणालीमध्ये स्वच्छ ऊर्जेचे वर्चस्व आहे आणि ऊर्जा वापरामध्ये नवीन ऊर्जेचे प्रमाण सतत वाढत राहील, ज्यामुळे हळूहळू नवीन ऊर्जा, जलविद्युत आणि अणुऊर्जा यांना वीज निर्मितीचे मुख्य स्वरूप देऊन ऊर्जा वापराचे एक स्वरूप तयार होईल. कार्बन तटस्थतेचे लक्ष्य पूर्ण करण्यासाठी जीवाश्म ऊर्जेच्या वापराचे प्रमाण हळूहळू कमी केले जाईल आणि जीवाश्म ऊर्जेची उर्वरित स्थापित क्षमता नवीन ऊर्जा प्रणालीसाठी बॅकअप वीज पुरवठा म्हणून वापरली जाईल. नवीन ऊर्जा प्रणालीमध्ये, नवीन ऊर्जा केंद्रीकृत आणि विकेंद्रित पद्धतीने पॉवर ग्रिडशी जोडली जाईल. केंद्रीकृत जोडणीच्या बाबतीत, दक्षिण विभाग २०२५ पर्यंत २४ दशलक्ष किलोवॅटपेक्षा जास्त भू-पवन ऊर्जा, २० दशलक्ष किलोवॅटपेक्षा जास्त सागरी पवन ऊर्जा आणि ५६ दशलक्ष किलोवॅटपेक्षा जास्त सौर ऊर्जा मिळवण्याचे प्रयत्न करत आहे. विकेंद्रित जोडणीच्या बाबतीत, स्थानिक परिस्थितीनुसार विविध प्रदेशांमध्ये कमी क्षमतेचे, कमी व्होल्टेज पातळीचे आणि जवळच्या परिसरात वापरता येणारे विकेंद्रित ऊर्जा स्रोत उभारले जातील.
नवीन ऊर्जा मुख्य घटक असलेल्या नवीन ऊर्जा प्रणालीमध्ये, नवीन ऊर्जा वीज निर्मिती उपकरणांच्या प्रत्यक्ष उत्पादनावर हवामानविषयक वातावरणाचा मोठा परिणाम होतो, ज्यात अनियमितता, अस्थिरता आणि खंडितपणा ही स्पष्ट वैशिष्ट्ये आहेत. विद्युत ऊर्जा प्रतिस्थापन, घरगुती ऊर्जा साठवण उपकरणे आणि स्मार्ट होम यांच्या व्यापक वापरामुळे वापरकर्त्याकडील भार (लोड) वैविध्यपूर्ण आणि परस्परसंवादी दिशेने विकसित होतो, आणि वापरकर्ता टर्मिनल ग्राहक आणि उत्पादक अशा दोन्ही भूमिका बजावणाऱ्या एका नवीन स्थितीत प्रवेश करतो. नवीन ऊर्जा मुख्य घटक असलेली नवीन ऊर्जा प्रणाली, नवीन ऊर्जेचे उच्च प्रमाण आणि पॉवर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांचे उच्च प्रमाण अशी 'दुहेरी उच्च' वैशिष्ट्ये दर्शवते. नवीन ऊर्जेतील मोठ्या प्रमाणावरील चढ-उतार आणि विविध टोकाच्या परिस्थितींचा सामना करण्यासाठी, पंप्ड स्टोरेजची स्थापित क्षमता ही नवीन ऊर्जेच्या स्थापित क्षमतेनुसार आणि उत्पादन प्रमाणानुसार संबंधित प्रमाणाशी जुळवणे आवश्यक आहे. जेव्हा नवीन ऊर्जेचे उत्पादन असामान्य असते, तेव्हा पंप्ड स्टोरेजने ग्रिडच्या नवीन ऊर्जा प्रणालीची स्थिती शक्य तितकी टिकवून ठेवली पाहिजे आणि नवीन ऊर्जा प्रणालीचे पारंपरिक ऊर्जा प्रणालीमध्ये रूपांतर होण्यापासून रोखले पाहिजे. त्यामुळे, पंप्ड स्टोरेज वीज केंद्रांचा विकास आणि बांधकाम अधिक वेगाने आणि मोठ्या प्रमाणावर होईल.
पंप्ड स्टोरेजच्या जलद आणि मोठ्या प्रमाणावरील विकासातील समस्या आणि उपाययोजना
जलद आणि मोठ्या प्रमाणावरील विकास आणि बांधकामामुळे सुरक्षितता, गुणवत्ता आणि मनुष्यबळाच्या कमतरतेच्या समस्या निर्माण झाल्या आहेत. नवीन ऊर्जा प्रणालीच्या बांधकामाच्या गरजा पूर्ण करण्यासाठी, दरवर्षी अनेक पंप्ड स्टोरेज पॉवर स्टेशन्सच्या बांधकामाला मंजुरी देण्यात आली आहे. आवश्यक बांधकाम कालावधी देखील ८-१० वर्षांवरून ४-६ वर्षांपर्यंत मोठ्या प्रमाणात कमी करण्यात आला आहे. प्रकल्पाच्या जलद विकास आणि बांधकामामुळे सुरक्षितता, गुणवत्ता आणि मनुष्यबळाच्या कमतरतेच्या समस्या अपरिहार्यपणे निर्माण होतील.
प्रकल्पांच्या जलद विकास आणि बांधकामामुळे निर्माण होणाऱ्या अनेक समस्या सोडवण्यासाठी, बांधकाम आणि प्रकल्प व्यवस्थापन विभागांना सर्वप्रथम पंप्ड स्टोरेज पॉवर प्लांटच्या स्थापत्य अभियांत्रिकीच्या यांत्रिकीकरण आणि बुद्धिमत्तेवर तांत्रिक संशोधन आणि सराव करणे आवश्यक आहे. मोठ्या संख्येने भूमिगत पोकळ्यांच्या उत्खननासाठी टीबीएम (टनल बोरिंग मशीन) तंत्रज्ञान सादर केले आहे, आणि पंप्ड स्टोरेज पॉवर स्टेशनच्या वैशिष्ट्यांनुसार टीबीएम उपकरणे विकसित करून एक बांधकाम तांत्रिक योजना तयार केली आहे. स्थापत्य बांधकामादरम्यान उत्खनन, वाहतूक, आधार आणि उलटी कमान यांसारख्या विविध कार्य परिस्थिती लक्षात घेऊन, यांत्रिकीकृत आणि बुद्धिमान बांधकामाच्या संपूर्ण प्रक्रियेसाठी एक सहाय्यक अनुप्रयोग योजना विकसित केली आहे, आणि एकल प्रक्रिया उपकरणांचे बुद्धिमान संचालन, संपूर्ण प्रक्रिया बांधकाम प्रणालीचे स्वयंचलीकरण, उपकरणांच्या बांधकाम माहितीचे डिजिटलीकरण, दूरस्थ नियंत्रित यांत्रिक उपकरणांचे मानवरहित बांधकाम, बांधकाम गुणवत्तेचे बुद्धिमान आकलन विश्लेषण इत्यादी विषयांवर संशोधन करून विविध यांत्रिकीकृत आणि बुद्धिमान बांधकाम उपकरणे व प्रणाली विकसित केल्या आहेत.
यांत्रिक आणि विद्युत अभियांत्रिकीच्या यांत्रिकीकरण आणि बुद्धिमत्तेच्या संदर्भात, आपण ऑपरेटरची संख्या कमी करणे, कामाची कार्यक्षमता सुधारणे, कामातील धोके कमी करणे इत्यादी पैलूंमधून यांत्रिकीकरण आणि बुद्धिमत्तेच्या वापराची मागणी आणि शक्यता यांचे विश्लेषण करू शकतो आणि यांत्रिक व विद्युत उपकरणांच्या स्थापनेच्या विविध कार्य परिस्थितींसाठी विविध यांत्रिक आणि विद्युत अभियांत्रिकी यांत्रिकीकरण आणि बुद्धिमत्ता बांधकाम उपकरणे आणि प्रणाली विकसित करू शकतो.
याव्यतिरिक्त, 3D अभियांत्रिकी डिझाइन आणि सिम्युलेशन तंत्रज्ञानाचा वापर काही सुविधा आणि उपकरणांचे आगाऊ प्रीफॅब्रिकेशन आणि सिम्युलेशन करण्यासाठी देखील केला जाऊ शकतो, ज्यामुळे केवळ कामाचा काही भाग आगाऊ पूर्ण करून जागेवरील बांधकाम कालावधी कमी होत नाही, तर कार्यात्मक स्वीकृती आणि गुणवत्ता नियंत्रण देखील आगाऊ केले जाते, ज्यामुळे गुणवत्ता आणि सुरक्षा व्यवस्थापन पातळी प्रभावीपणे सुधारते.
वीज केंद्राच्या मोठ्या प्रमाणावरील कार्यामुळे विश्वसनीय संचालन आणि बुद्धिमान व सघन मागणीची समस्या निर्माण होते. पंप्ड स्टोरेज वीज केंद्रांच्या मोठ्या प्रमाणावरील कार्यामुळे उच्च संचालन आणि देखभाल खर्च, मनुष्यबळाची कमतरता इत्यादी समस्या उद्भवतात. संचालन आणि देखभाल खर्च कमी करण्यासाठी, पंप्ड स्टोरेज युनिट्सच्या कार्याची विश्वसनीयता सुधारणे ही गुरुकिल्ली आहे; मनुष्यबळाच्या कमतरतेची समस्या सोडवण्यासाठी, वीज प्रकल्पाचे बुद्धिमान आणि सघन संचालन व्यवस्थापन साकारणे आवश्यक आहे.
युनिटची कार्यान्वयन विश्वसनीयता सुधारण्यासाठी, उपकरणाच्या प्रकाराची निवड आणि डिझाइनच्या बाबतीत, तंत्रज्ञांनी पंप्ड स्टोरेज पॉवर प्लांट्सच्या डिझाइन आणि कार्यान्वयनातील व्यावहारिक अनुभवाचा सखोल सारांश घेणे, पंप्ड स्टोरेज पॉवर प्लांट्सच्या संबंधित उपकरण उपप्रणालींवर ऑप्टिमायझेशन डिझाइन, प्रकार निवड आणि मानकीकरण संशोधन करणे, आणि उपकरण कार्यान्वयन, दोष निवारण आणि देखभालीच्या अनुभवानुसार त्यात पुनरावृत्तीने सुधारणा करणे आवश्यक आहे. उपकरण निर्मितीच्या बाबतीत, पारंपारिक पंप्ड स्टोरेज युनिट्समधील काही प्रमुख उपकरण निर्मिती तंत्रज्ञान अजूनही परदेशी उत्पादकांच्या हातात आहे. या "अडथळा आणणाऱ्या" उपकरणांवर स्थानिकीकरण संशोधन करणे आणि त्यामध्ये अनेक वर्षांचा कार्यान्वयन व देखभालीचा अनुभव आणि धोरणे एकत्रित करणे आवश्यक आहे, जेणेकरून या प्रमुख गाभा उपकरणांची उत्पादन गुणवत्ता आणि कार्यान्वयन विश्वसनीयता प्रभावीपणे सुधारता येईल. उपकरण कार्यान्वयन देखरेखीच्या बाबतीत, तंत्रज्ञांनी उपकरणाच्या स्थितीच्या निरीक्षणीयता आणि मोजमापीयतेच्या दृष्टिकोनातून उपकरण स्थिती देखरेख घटक संरचना मानके पद्धतशीरपणे तयार करणे, अंगभूत सुरक्षा आवश्यकतांवर आधारित उपकरण नियंत्रण धोरणे, स्थिती देखरेख धोरणे आणि आरोग्य मूल्यांकन पद्धतींवर सखोल संशोधन करणे, उपकरण स्थिती देखरेखीसाठी एक बुद्धिमान विश्लेषण आणि पूर्वसूचना मंच तयार करणे, उपकरणांमधील छुपे धोके आगाऊ शोधणे आणि वेळेवर पूर्वसूचना देणे आवश्यक आहे.
वीज प्रकल्पाचे बुद्धिमान आणि सघन संचालन व्यवस्थापन साकार करण्यासाठी, तंत्रज्ञांनी उपकरण नियंत्रण आणि संचालनाच्या संदर्भात उपकरण स्वयंचलित नियंत्रण किंवा एक-की ऑपरेशन तंत्रज्ञानावर संशोधन करणे आवश्यक आहे, जेणेकरून कर्मचाऱ्यांच्या हस्तक्षेपाशिवाय युनिटचे पूर्णपणे स्वयंचलितपणे सुरू करणे आणि बंद करणे तसेच भार नियमन साध्य करता येईल आणि शक्य तितके कार्यांचे अनुक्रमण आणि बहु-आयामी बुद्धिमान पुष्टीकरण साधता येईल; उपकरण तपासणीच्या बाबतीत, तंत्रज्ञ मशीन व्हिजन परसेप्शन, मशीन ऑडीटरी परसेप्शन, रोबोट तपासणी आणि इतर पैलूंवर तांत्रिक संशोधन करू शकतात आणि तपासणी यंत्रांच्या बदलीवर तांत्रिक सराव करू शकतात; वीज केंद्राच्या सघन संचालनाच्या बाबतीत, पंप्ड स्टोरेज वीज केंद्रांच्या विकासामुळे निर्माण झालेल्या कर्तव्यावरील मनुष्यबळाच्या कमतरतेची समस्या प्रभावीपणे सोडवण्यासाठी, एक व्यक्ती आणि अनेक संयंत्रांच्या केंद्रीकृत देखरेख तंत्रज्ञानावर संशोधन आणि सराव करणे आवश्यक आहे.
मोठ्या संख्येने वितरित नवीन ऊर्जा स्रोतांच्या वापरामुळे पंप्ड स्टोरेजचे लघुकरण आणि बहु-ऊर्जा पूरकतेचे एकात्मिक संचालन शक्य झाले आहे. नवीन ऊर्जा प्रणालीचे एक उल्लेखनीय वैशिष्ट्य म्हणजे, ग्रिडच्या विविध भागांमध्ये मोठ्या संख्येने लहान-प्रमाणातील नवीन ऊर्जा स्रोत विखुरलेले असून ते कमी-व्होल्टेज ग्रिडमध्ये कार्यरत आहेत. या वितरित नवीन ऊर्जा स्रोतांना शक्य तितके शोषून घेण्यासाठी आणि त्यांचा उपयोग करण्यासाठी, तसेच मोठ्या पॉवर ग्रिडमधील विजेची कोंडी प्रभावीपणे कमी करण्यासाठी, वितरित नवीन ऊर्जा स्रोतांच्या जवळ वितरित पंप्ड स्टोरेज युनिट्स बांधणे आवश्यक आहे, जेणेकरून कमी-व्होल्टेज पॉवर ग्रिडद्वारे नवीन ऊर्जेचे स्थानिक स्तरावर संचयन, वापर आणि उपयोग साध्य करता येईल. त्यामुळे, पंप्ड स्टोरेजचे लघुकरण आणि बहु-ऊर्जा पूरकतेच्या एकात्मिक संचालनाच्या समस्या सोडवणे आवश्यक आहे.
अभियंते आणि तंत्रज्ञांनी लहान रिव्हर्सिबल पंप्ड स्टोरेज युनिट्स, पंप आणि टर्बाइनचे कोॲक्सिअल स्वतंत्र संचालन, लहान जलविद्युत केंद्रे आणि पंप स्टेशन यांचे संयुक्त संचालन इत्यादींसह विविध प्रकारच्या वितरित पंप्ड स्टोरेज ऊर्जा केंद्रांच्या जागेची निवड, रचना आणि उत्पादन, नियंत्रण धोरण आणि एकात्मिक उपयोजनावर सखोल संशोधन करणे आवश्यक आहे; त्याच वेळी, नवीन ऊर्जा प्रणालीमध्ये ऊर्जा कार्यक्षमता आणि आर्थिक परस्परसंबंधाच्या शोधासाठी तांत्रिक उपाययोजना सुचवण्यासाठी पंप्ड स्टोरेज आणि पवन, प्रकाश व जलविद्युत यांच्या एकात्मिक संचालन तंत्रज्ञानावर संशोधन आणि प्रकल्प सादरीकरण केले जाते.
उच्च लवचिक पॉवर ग्रिडशी जुळवून घेतलेल्या व्हेरिएबल-स्पीड पंप्ड स्टोरेज युनिट्समधील तांत्रिक 'चोक'ची समस्या. व्हेरिएबल-स्पीड पंप्ड स्टोरेज युनिट्समध्ये प्राथमिक फ्रिक्वेन्सी नियमनाला जलद प्रतिसाद, पंपाच्या कार्यस्थितीत समायोजित करता येणारी इनपुट फोर्स, आणि युनिटचे इष्टतम वक्रावर (optimal curve) कार्य करणे, तसेच संवेदनशील प्रतिसाद आणि उच्च जडत्व क्षण (moment of inertia) ही वैशिष्ट्ये असतात. पॉवर ग्रिडची अनियमितता आणि अस्थिरता प्रभावीपणे रोखण्यासाठी, निर्मिती बाजू आणि वापरकर्ता बाजूला नवीन ऊर्जेद्वारे निर्माण होणारी अतिरिक्त वीज अधिक अचूकपणे समायोजित आणि शोषून घेण्यासाठी, आणि अत्यंत लवचिक व आंतरक्रियात्मक पॉवर ग्रिडच्या भार संतुलनावर (load balance) अधिक चांगल्या प्रकारे नियंत्रण ठेवण्यासाठी, पॉवर ग्रिडमध्ये व्हेरिएबल-स्पीड युनिट्सचे प्रमाण वाढवणे आवश्यक आहे. तथापि, सध्या, व्हेरिएबल-स्पीड पाणी उपसा आणि साठवण युनिट्सचे बहुतेक प्रमुख तंत्रज्ञान अजूनही परदेशी उत्पादकांच्या हातात आहे, आणि तांत्रिक 'चोक'ची समस्या सोडवण्याची गरज आहे.
प्रमुख गाभा तंत्रज्ञानाचे स्वतंत्र नियंत्रण साध्य करण्यासाठी, देशांतर्गत वैज्ञानिक संशोधन आणि तांत्रिक शक्ती केंद्रित करून व्हेरिएबल-स्पीड जनरेटर मोटर्स आणि पंप टर्बाइन यांचे डिझाइन व विकास, एसी एक्साइटेशन कन्व्हर्टर्ससाठी नियंत्रण धोरणे आणि उपकरणांचा विकास, व्हेरिएबल-स्पीड युनिट्ससाठी समन्वित नियंत्रण धोरणे आणि उपकरणांचा विकास, व्हेरिएबल-स्पीड युनिट्ससाठी गव्हर्नर नियंत्रण धोरणांचे संशोधन, व्हेरिएबल-स्पीड युनिट्ससाठी कार्य स्थिती रूपांतरण प्रक्रिया आणि एकात्मिक नियंत्रण धोरणांचे संशोधन यावर सखोल काम करणे आवश्यक आहे, तसेच मोठ्या व्हेरिएबल स्पीड युनिट्सचे पूर्ण स्थानिक डिझाइन व उत्पादन आणि अभियांत्रिकी प्रात्यक्षिक अनुप्रयोग साकार करणे आवश्यक आहे.