Om bij te dragen aan de doelstelling van "koolstofpiekbeheersing en koolstofneutraliteit" en de bouw van een nieuw energiesysteem, heeft China Southern Power Grid Corporation duidelijk voorgesteld om in de zuidelijke regio in principe al in 2030 een nieuw energiesysteem te bouwen en dit tegen 2060 volledig te realiseren. In dit proces zullen we de pompwaterkrachtcentrales krachtig ontwikkelen. Het is de bedoeling om de geïnstalleerde capaciteit respectievelijk met 6 miljoen kilowatt, 15 miljoen kilowatt en 15 miljoen kilowatt te verhogen tijdens de "Veertiende, Vijftiende en Zestiende Vijfjarenplannen". We streven ernaar om tegen 2035 een pompwaterkrachtcapaciteit van ongeveer 44 miljoen kilowatt in de zuidelijke regio te bereiken, waarmee deze een nieuw type energiesysteemstabilisator, belastingbalancer en elektriciteitsnetstabilisator wordt.
Bron: Officieel WeChat-account “China Energy Media Intelligent Manufacturing”
Auteur: Peng Yumin, Energy Storage Research Institute van China Southern Power Grid Peak shaving and Frequency Modulation Power Generation Co., Ltd.
Belangrijkste kenmerken van het nieuwe energiesysteem
Het nieuwe energiesysteem wordt gedomineerd door schone energie, en het aandeel nieuwe energie in het energieverbruik zal blijven toenemen. Geleidelijk aan ontstaat een vorm van energiegebruik waarbij nieuwe energie, waterkracht en kernenergie de belangrijkste vormen van energieopwekking vormen. Het aandeel fossiele energie zal geleidelijk worden verminderd om de doelstelling van CO2-neutraliteit te halen, en de resterende geïnstalleerde capaciteit van fossiele energiecentrales zal worden gebruikt als back-up voor het nieuwe energiesysteem. In het nieuwe energiesysteem zal nieuwe energie op een gecentraliseerde en decentrale manier op het elektriciteitsnet worden aangesloten. Wat betreft gecentraliseerde aansluiting streeft de zuidelijke regio ernaar om tegen 2025 een onshore windenergiecapaciteit van meer dan 24 miljoen kilowatt, een offshore windenergiecapaciteit van meer dan 20 miljoen kilowatt en een zonne-energiecapaciteit van meer dan 56 miljoen kilowatt te realiseren. Wat betreft decentrale aansluiting zullen, afhankelijk van de lokale omstandigheden, in verschillende regio's decentrale energiecentrales met een kleine capaciteit, een laag spanningsniveau en de mogelijkheid tot lokaal verbruik worden gebouwd.
In het nieuwe energiesysteem, met hernieuwbare energie als belangrijkste component, wordt de daadwerkelijke output van de opwekkingsinstallaties sterk beïnvloed door de meteorologische omstandigheden, die zich kenmerken door willekeurigheid, volatiliteit en intermittering. De wijdverbreide toepassing van elektrische energie, energieopslag in huishoudens en slimme woningen zorgt ervoor dat de vraag aan de gebruikerszijde zich ontwikkelt in een gediversifieerde en interactieve richting, waarbij de gebruiker een nieuwe rol vervult als zowel consument als producent. Het nieuwe energiesysteem, met hernieuwbare energie als belangrijkste component, kenmerkt zich door een "dubbele piek": een hoog aandeel hernieuwbare energie en een hoog aandeel vermogenselektronica. Om de grootschalige schommelingen in de hernieuwbare energieproductie en diverse extreme situaties op te vangen, is het noodzakelijk om de geïnstalleerde capaciteit van pompwaterkrachtcentrales af te stemmen op de geïnstalleerde capaciteit en de output van de hernieuwbare energie. Bij abnormale hernieuwbare energieproductie moeten pompwaterkrachtcentrales de continuïteit van het nieuwe energiesysteem zoveel mogelijk waarborgen en voorkomen dat het systeem terugvalt op het traditionele energiesysteem. Daarom zal de ontwikkeling en bouw van pompwaterkrachtcentrales sneller en op grotere schaal plaatsvinden.
Problemen en tegenmaatregelen bij de snelle en grootschalige ontwikkeling van pompwaterkrachtcentrales
De snelle en grootschalige ontwikkeling en bouw heeft geleid tot problemen op het gebied van veiligheid, kwaliteit en personeelstekort. Om aan de bouwbehoeften van het nieuwe energiesysteem te voldoen, worden er jaarlijks een aantal pompwaterkrachtcentrales goedgekeurd voor de bouw. De benodigde bouwtijd is bovendien sterk verkort, van 8-10 jaar naar 4-6 jaar. De snelle ontwikkeling en bouw van het project zal onvermijdelijk problemen met zich meebrengen op het gebied van veiligheid, kwaliteit en personeelstekort.
Om een reeks problemen op te lossen die voortvloeien uit de snelle ontwikkeling en realisatie van projecten, moeten bouw- en projectmanagementafdelingen allereerst technisch onderzoek en praktijkervaring opdoen op het gebied van mechanisatie en intelligentie van civiele techniek bij pompwaterkrachtcentrales. De TBM-technologie (Tunnel Boring Machine) wordt geïntroduceerd voor het uitgraven van een groot aantal ondergrondse holtes. TBM-apparatuur wordt ontwikkeld in combinatie met de kenmerken van pompwaterkrachtcentrales en er wordt een technisch bouwplan opgesteld. Rekening houdend met diverse operationele scenario's zoals uitgraven, transport, ondersteuning en het omkeren van de boogconstructie tijdens de civiele bouw, is een ondersteunend toepassingsplan ontwikkeld voor het gehele proces van gemechaniseerde en intelligente bouw. Er is onderzoek gedaan naar onderwerpen zoals intelligente bediening van afzonderlijke procesapparatuur, automatisering van het gehele bouwproces, digitalisering van informatie over apparatuur, onbemande constructie met op afstand bestuurbare mechanische apparatuur, intelligente perceptieanalyse van de bouwkwaliteit, enzovoort. Dit alles met als doel diverse gemechaniseerde en intelligente bouwapparatuur en -systemen te ontwikkelen.
Wat betreft mechanisatie en intelligentie in de werktuigbouwkunde en elektrotechniek, kunnen we de toepassingsvraag en de mogelijkheden van mechanisatie en intelligentie analyseren vanuit aspecten zoals het verminderen van het aantal operators, het verbeteren van de werkefficiëntie en het verminderen van werkrisico's. Op basis hiervan kunnen we diverse mechanisatie- en intelligentiesystemen en -apparatuur ontwikkelen voor verschillende operationele scenario's bij de installatie van mechanische en elektrische apparatuur.
Daarnaast kan 3D-engineeringontwerp en -simulatietechnologie ook worden gebruikt om bepaalde faciliteiten en apparatuur vooraf te prefabriceren en te simuleren. Dit maakt het niet alleen mogelijk om een deel van het werk vooraf te voltooien en de bouwtijd op locatie te verkorten, maar ook om vooraf functionele acceptatie en kwaliteitscontrole uit te voeren, waardoor het kwaliteits- en veiligheidsbeheer effectief wordt verbeterd.
De grootschalige exploitatie van een energiecentrale brengt problemen met zich mee op het gebied van betrouwbare werking, intelligentie en een intensieve bedrijfsvoering. Grootschalige exploitatie van pompwaterkrachtcentrales leidt tot problemen zoals hoge exploitatie- en onderhoudskosten en personeelstekorten. Om de exploitatie- en onderhoudskosten te verlagen, is het essentieel de operationele betrouwbaarheid van de pompwaterkrachtcentrales te verbeteren. Om het personeelstekort aan te pakken, is een intelligent en intensief operationeel beheer van de energiecentrale noodzakelijk.
Om de bedrijfszekerheid van de installatie te verbeteren, moeten technici, met betrekking tot de selectie en het ontwerp van de apparatuur, de praktijkervaring met het ontwerp en de werking van pompwaterkrachtcentrales grondig analyseren. Ze moeten onderzoek doen naar optimalisatie van het ontwerp, typekeuze en standaardisatie van relevante apparatuursubsystemen van pompwaterkrachtcentrales en deze iteratief bijwerken op basis van ervaringen met inbedrijfstelling, foutafhandeling en onderhoud. Wat de productie van apparatuur betreft, zijn sommige cruciale productietechnologieën van traditionele pompwaterkrachtcentrales nog steeds in handen van buitenlandse fabrikanten. Het is noodzakelijk om onderzoek te doen naar lokalisatie van deze "knelpunten" en jarenlange ervaring en strategieën op het gebied van gebruik en onderhoud te integreren, om zo de productkwaliteit en bedrijfszekerheid van deze kernapparatuur effectief te verbeteren. Wat betreft de monitoring van de apparatuur, moeten technici systematisch configuratienormen formuleren voor de elementen van de statusmonitoring, vanuit het perspectief van de observeerbaarheid en meetbaarheid van de apparatuurstatus. Ze moeten diepgaand onderzoek doen naar besturingsstrategieën, statusmonitoringstrategieën en methoden voor conditiebeoordeling op basis van intrinsieke veiligheidseisen, en een intelligent analyse- en waarschuwingsplatform bouwen voor de statusmonitoring van de apparatuur. Zo kunnen ze verborgen gevaren in de apparatuur vroegtijdig opsporen en tijdig waarschuwingen geven.
Om een intelligent en intensief operationeel beheer van de energiecentrale te realiseren, moeten technici onderzoek doen naar automatische aansturing van apparatuur of naar een belangrijke operationele technologie op het gebied van apparatuurbesturing en -bediening. Dit om volledig automatische opstart, uitschakeling en belastingregeling van de eenheid zonder menselijke tussenkomst mogelijk te maken, en om operationele sequenties en multidimensionale intelligente bevestiging zoveel mogelijk te realiseren. Wat betreft apparatuurinspectie kunnen technici technisch onderzoek doen naar machinale beeldherkenning, machinale auditieve waarneming, robotinspectie en andere aspecten, en technische praktijkervaring opdoen met het vervangen van inspectiemachines. Voor een intensieve bedrijfsvoering van de energiecentrale is het noodzakelijk om onderzoek te doen naar en te oefenen met gecentraliseerde monitoringtechnologie voor één persoon en meerdere installaties. Dit is nodig om het tekort aan personeel tijdens de dienst, veroorzaakt door de ontwikkeling van pompwaterkrachtcentrales, effectief op te lossen.
De miniaturisatie van pompwaterkrachtcentrales en de geïntegreerde werking van meervoudige energiebronnen worden mogelijk gemaakt door het verbruik van een groot aantal decentrale, nieuwe energiebronnen. Een opvallend kenmerk van het nieuwe energiesysteem is de aanwezigheid van een groot aantal kleinschalige, nieuwe energiebronnen verspreid over verschillende delen van het netwerk, die werken op het laagspanningsnet. Om deze decentrale, nieuwe energiebronnen zo goed mogelijk te absorberen en te benutten en de stroomcongestie op het grote elektriciteitsnet effectief te verlichten, is het noodzakelijk om decentrale pompwaterkrachtcentrales in de buurt van deze bronnen te bouwen. Dit maakt lokale opslag, verbruik en benutting van nieuwe energie via het laagspanningsnet mogelijk. Daarom is het van belang om de problemen van miniaturisatie van pompwaterkrachtcentrales en de geïntegreerde werking van meervoudige energiebronnen op te lossen.
Het is noodzakelijk dat ingenieurs en technici zich intensief bezighouden met onderzoek naar de locatiekeuze, het ontwerp en de fabricage, de besturingsstrategie en de geïntegreerde toepassing van diverse typen decentrale pompwaterkrachtcentrales, waaronder kleine omkeerbare pompwaterkrachtcentrales, coaxiale onafhankelijke werking van pompen en turbines, gezamenlijke werking van kleine waterkrachtcentrales en pompstations, enzovoort. Tegelijkertijd wordt onderzoek verricht naar en worden projecten uitgevoerd ter demonstratie van de geïntegreerde werkingstechnologie van pompwaterkrachtcentrales in combinatie met wind-, licht- en waterkracht, om technische oplossingen aan te dragen voor het verkennen van energie-efficiëntie en economische synergie in het nieuwe energiesysteem.
Het probleem van technische "verstikking" bij pompwaterkrachtcentrales met variabele snelheid, aangepast aan een zeer flexibel elektriciteitsnet, is een belangrijk aandachtspunt. Pompwaterkrachtcentrales met variabele snelheid kenmerken zich door een snelle respons op de primaire frequentie, een regelbare ingangskracht onder pompomstandigheden en een optimale werkingscurve. Daarnaast hebben ze een gevoelige respons en een hoog traagheidsmoment. Om de willekeurigheid en volatiliteit van het elektriciteitsnet effectief te beperken, de overtollige energie die door nieuwe energiebronnen wordt opgewekt en verbruikt nauwkeuriger te reguleren en te absorberen, en de belastingbalans van het zeer flexibele en interactieve elektriciteitsnet beter te beheersen, is het noodzakelijk om het aandeel pompwaterkrachtcentrales met variabele snelheid in het net te vergroten. Momenteel is het merendeel van de sleuteltechnologieën voor pompwaterkrachtcentrales met variabele snelheid echter nog steeds in handen van buitenlandse fabrikanten, waardoor het probleem van technische "verstikking" moet worden opgelost.
Om de onafhankelijke controle over cruciale kerntechnologieën te realiseren, is het noodzakelijk om de binnenlandse wetenschappelijke onderzoeks- en technische krachten te concentreren op het ontwerpen en ontwikkelen van generatormotoren en pompturbines met variabele snelheid, het ontwikkelen van besturingsstrategieën en -apparaten voor AC-excitatieomvormers, het ontwikkelen van gecoördineerde besturingsstrategieën en -apparaten voor variabele-snelheidseenheden, het onderzoeken van regelaarbesturingsstrategieën voor variabele-snelheidseenheden, het onderzoeken van het omschakelingsproces van de bedrijfsomstandigheden en geïntegreerde besturingsstrategieën voor variabele-snelheidseenheden. Dit alles om het volledig lokaal ontwerpen, produceren en demonstreren van grootschalige variabele-snelheidseenheden te realiseren.
Geplaatst op: 09-12-2022
