Magazynowanie szczytowo-pompowe to najpowszechniej stosowana i najbardziej rozwinięta technologia w dziedzinie magazynowania energii na dużą skalę, a zainstalowana moc elektrowni może sięgać gigawatów. Obecnie najbardziej rozwiniętym i największym zainstalowanym magazynem energii na świecie jest elektrownia szczytowo-pompowa.
Technologia magazynowania szczytowo-pompowego jest dojrzała i stabilna, oferująca wysokie korzyści kompleksowe i jest często wykorzystywana do regulacji szczytowej i rezerwowej. Magazynowanie szczytowo-pompowe jest najszerzej stosowaną i najbardziej dojrzałą technologią w magazynowaniu energii na dużą skalę, a zainstalowana moc elektrowni może sięgać gigawatów.
Według niepełnych statystyk Komitetu Zawodowego ds. Magazynowania Energii Chińskiego Stowarzyszenia Badań Energetycznych (China Energy Research Association), elektrownie szczytowo-pompowe są obecnie najbardziej rozwiniętym i największym zainstalowanym magazynem energii na świecie. W 2019 roku światowa operacyjna pojemność magazynów energii osiągnęła 180 milionów kilowatów, a zainstalowana moc magazynów szczytowo-pompowych przekroczyła 170 milionów kilowatów, co stanowi 94% całkowitej światowej pojemności magazynowej energii.
Elektrownie szczytowo-pompowe wykorzystują energię elektryczną generowaną w okresach niskiego obciążenia systemu energetycznego do pompowania wody na wysokie miejsca w celu jej magazynowania i uwalniania w celu wytwarzania energii elektrycznej w okresach szczytowego obciążenia. Przy niskim obciążeniu odbiorcą jest elektrownia szczytowo-pompowa; w okresach szczytowego obciążenia – elektrownia.
Elektrownia szczytowo-pompowa pełni dwie podstawowe funkcje: pompowanie wody i wytwarzanie energii elektrycznej. Działa ona jako turbina wodna, gdy obciążenie systemu energetycznego jest najwyższe. Otwarcie łopatki kierującej turbiny wodnej jest regulowane za pomocą regulatora, a energia potencjalna wody jest przekształcana w energię mechaniczną obrotu jednostki, która następnie jest przekształcana w energię elektryczną za pośrednictwem generatora.
Przy niskim obciążeniu systemu elektroenergetycznego pompa wodna pompuje wodę ze zbiornika dolnego do zbiornika górnego. Dzięki automatycznej regulacji układu regulatora, otwarcie łopatki kierującej jest automatycznie dostosowywane do wysokości podnoszenia pompy, a energia elektryczna jest przekształcana w energię potencjalną wody i magazynowana.
Elektrownie szczytowo-pompowe odpowiadają głównie za regulację szczytową, regulację częstotliwości, awaryjne zasilanie awaryjne i rozruch systemu elektroenergetycznego, co może poprawić i zrównoważyć obciążenie systemu elektroenergetycznego, poprawić jakość zasilania i korzyści ekonomiczne systemu elektroenergetycznego, a także stanowią podstawę zapewnienia bezpiecznej, ekonomicznej i stabilnej pracy sieci elektroenergetycznej. Elektrownie szczytowo-pompowe są znane jako „stabilizatory”, „regulatory” i „równoważniki” w bezpiecznej pracy sieci elektroenergetycznych.
Trend rozwojowy światowych elektrowni szczytowo-pompowych to wysokie ciśnienie, duża wydajność i wysoka prędkość. Wysokie ciśnienie oznacza, że jednostka rozwija się do wyższej wysokości podnoszenia, duża wydajność oznacza, że wydajność pojedynczej jednostki stale rośnie, a wysoka prędkość oznacza, że jednostka przyjmuje wyższą prędkość właściwą.
Struktura i charakterystyka elektrowni
Główne budynki elektrowni szczytowo-pompowej obejmują zazwyczaj: zbiornik górny, zbiornik dolny, system zaopatrzenia w wodę, warsztat i inne budynki specjalistyczne. W porównaniu z konwencjonalnymi elektrowniami wodnymi, konstrukcje hydrotechniczne elektrowni szczytowo-pompowych charakteryzują się następującymi głównymi cechami:
Istnieją zbiorniki górne i dolne. W porównaniu z konwencjonalnymi elektrowniami wodnymi o tej samej mocy zainstalowanej, pojemność zbiorników elektrowni szczytowo-pompowych jest zazwyczaj stosunkowo niewielka.
Poziom wody w zbiorniku ulega znacznym wahaniom i często podnosi się i opada. Aby sprostać zadaniu redukcji szczytów i wypełniania dolin w sieci energetycznej, dobowe wahania poziomu wody w zbiorniku elektrowni szczytowo-pompowej są zazwyczaj stosunkowo duże, przekraczając zazwyczaj 10-20 metrów, a niektóre elektrownie osiągają poziom 30-40 metrów. Tempo zmian poziomu wody w zbiorniku jest stosunkowo szybkie, osiągając zazwyczaj 5-8 m3/h, a nawet 8-10 m3/h.
Wymagania dotyczące zapobiegania przesiąkaniu ze zbiornika są wysokie. Jeśli elektrownia szczytowo-pompowa spowoduje dużą utratę wody z powodu przesiąkania górnego zbiornika, jej produkcja energii elektrycznej ulegnie zmniejszeniu. Jednocześnie, aby zapobiec pogorszeniu warunków hydrogeologicznych na obszarze objętym projektem przez przesiąkanie, co prowadzi do szkód i nasilenia przesiąkania, stawiane są również wyższe wymagania dotyczące zapobiegania przesiąkaniu ze zbiornika.
Spadek ciśnienia wody jest wysoki. Spadek ciśnienia w elektrowniach szczytowo-pompowych jest zazwyczaj wysoki, zazwyczaj wynosi 200–800 metrów. Elektrownia szczytowo-pompowa Jixi o łącznej mocy zainstalowanej 1,8 miliona kilowatów to pierwszy w moim kraju projekt o wysokości 650 metrów, a elektrownia szczytowo-pompowa Dunhua o łącznej mocy zainstalowanej 1,4 miliona kilowatów to pierwszy w moim kraju projekt o wysokości 700 metrów. Wraz z ciągłym rozwojem technologii magazynowania szczytowo-pompowego, liczba elektrowni o dużej mocy i wysokim spadzie w moim kraju będzie rosła.
Jednostka jest instalowana na niewielkiej wysokości. Aby zniwelować wpływ wyporu i przesiąkania na elektrownię, duże elektrownie szczytowo-pompowe, budowane w ostatnich latach w kraju i za granicą, w większości przyjmują formę elektrowni podziemnych.
Najstarszą na świecie elektrownią szczytowo-pompową jest elektrownia szczytowo-pompowa Netra w Zurychu w Szwajcarii, zbudowana w 1882 roku. Budowa elektrowni szczytowo-pompowych w Chinach rozpoczęła się stosunkowo późno. Pierwsza jednostka o przepływie skośnym i odwracalnym została zainstalowana w zbiorniku Gangnan w 1968 roku. Później, wraz z dynamicznym rozwojem krajowego przemysłu energetycznego, zainstalowana moc elektrowni jądrowych i cieplnych gwałtownie wzrosła, co wymusiło konieczność wyposażenia systemu energetycznego w odpowiednie jednostki szczytowo-pompowe.
Od lat 80. XX wieku Chiny intensywnie budują elektrownie szczytowo-pompowe. W ostatnich latach, dzięki dynamicznemu rozwojowi gospodarki i energetyki mojego kraju, kraj ten osiągnął znaczące osiągnięcia naukowe i technologiczne w zakresie autonomii sprzętowej elektrowni szczytowo-pompowych.
Do końca 2020 roku zainstalowana moc elektrowni szczytowo-pompowych w moim kraju wyniosła 31,49 mln kilowatów, co stanowi wzrost o 4,0% w porównaniu z rokiem poprzednim. W 2020 roku krajowa moc elektrowni szczytowo-pompowych wyniosła 33,5 mld kWh, co stanowi wzrost o 5,0% w porównaniu z rokiem poprzednim; nowo dodana moc elektrowni szczytowo-pompowych w kraju wyniosła 1,2 mln kWh. Elektrownie szczytowo-pompowe w moim kraju, zarówno te w budowie, jak i te w budowie, zajmują pierwsze miejsce na świecie.
China State Grid Corporation zawsze przywiązywała dużą wagę do rozwoju elektrowni szczytowo-pompowych. Obecnie State Grid posiada 22 działające elektrownie szczytowo-pompowe i 30 elektrowni szczytowo-pompowych w budowie.
W 2016 r. rozpoczęto budowę pięciu elektrowni szczytowo-pompowych w Zhen'an, Shaanxi, Jurong, Jiangsu, Qingyuan, Liaoning, Xiamen, Fujian i Fukang w Xinjiang;
W 2017 r. rozpoczęto budowę sześciu elektrowni szczytowo-pompowych w hrabstwach Yi w Hebei, Zhirui w Mongolii Wewnętrznej, Ninghai w Zhejiang, Jinyun w Zhejiang, Luoning w Henan i Pingjiang w Hunan;
W 2019 roku rozpoczęto budowę pięciu elektrowni szczytowo-pompowych w Funing w Hebei, Jiaohe w Jilin, Qujiang w Zhejiang, Weifang w Shandong i Hami w Xinjiangu;
W 2020 r. rozpoczną się prace budowlane czterech elektrowni szczytowo-pompowych w Shanxi Yuanqu, Shanxi Hunyuan, Zhejiang Pan'an i Shandong Tai'an w fazie II.
Pierwsza w moim kraju elektrownia szczytowo-pompowa z w pełni autonomicznym wyposażeniem. W październiku 2011 roku elektrownia została pomyślnie ukończona, co wskazuje, że mój kraj z powodzeniem opanował podstawową technologię rozwoju wyposażenia elektrowni szczytowo-pompowych.
W kwietniu 2013 roku oficjalnie oddano do użytku elektrownię szczytowo-pompową Fujian Xianyou; w kwietniu 2016 roku elektrownia szczytowo-pompowa Zhejiang Xianju o mocy 375 000 kilowatów została pomyślnie podłączona do sieci. Autonomiczne urządzenia wielkoskalowych elektrowni szczytowo-pompowych są w moim kraju popularyzowane i stale stosowane.
Pierwsza w moim kraju elektrownia szczytowo-pompowa o spalaniu 700 metrów. Całkowita moc zainstalowana wynosi 1,4 miliona kilowatów. 4 czerwca 2021 roku blok 1 został oddany do użytku i będzie wytwarzał energię elektryczną.
Elektrownia szczytowo-pompowa o największej mocy zainstalowanej na świecie jest obecnie w budowie. Łączna moc zainstalowana wynosi 3,6 miliona kilowatów.
Elektrownia szczytowo-pompowa ma cechy podstawowe, kompleksowe i publiczne. Może uczestniczyć w regulacji nowych połączeń źródeł, sieci, obciążenia i magazynowania energii w systemie elektroenergetycznym, a korzyści kompleksowe są znaczące. Zapewnia bezpieczny stabilizator zasilania systemu elektroenergetycznego, czysty, niskoemisyjny układ bilansujący i wysoką sprawność, co jest ważną funkcją regulatora pracy.
Pierwszym z nich jest skuteczne radzenie sobie z brakiem niezawodnej rezerwowej mocy systemu elektroenergetycznego w warunkach dużego napływu nowej energii. Dzięki podwójnej regulacji mocy szczytowej możemy poprawić zdolność regulacji mocy szczytowej systemu elektroenergetycznego i złagodzić problem szczytowego zapotrzebowania na energię, spowodowany niestabilnością nowej energii i szczytowym obciążeniem spowodowanym spadkiem. Trudności w zużyciu energii spowodowane masowym rozwojem nowej energii w tym okresie mogą lepiej promować jej zużycie.
Drugim sposobem jest skuteczne radzenie sobie z niedopasowaniem charakterystyk wyjściowych nowej energii do zapotrzebowania na moc, wykorzystując elastyczną zdolność szybkiej reakcji, aby lepiej dostosować się do przypadkowości i zmienności nowej energii oraz sprostać elastycznemu zapotrzebowaniu na moc, które niesie ze sobą nowa energia „w zależności od pogody”.
Trzecim celem jest skuteczne radzenie sobie z niewystarczającym momentem bezwładności w wysokoenergetycznym systemie elektroenergetycznym. Dzięki wysokiemu momentowi bezwładności generatora synchronicznego, system może skutecznie zwiększyć odporność systemu na zakłócenia i utrzymać stabilność częstotliwościową.
Czwartym celem jest efektywne radzenie sobie z potencjalnym wpływem „podwójnego wysokiego” stanu na bezpieczeństwo nowego systemu elektroenergetycznego, przejęcie funkcji awaryjnego zasilania rezerwowego i reagowanie na nagłe potrzeby regulacji w dowolnym momencie dzięki możliwościom szybkiego startu i zatrzymania oraz szybkiej zmiany mocy. Jednocześnie, jako obciążenie przerywalne, może bezpiecznie odciążyć agregat pompowy z milisekundową reakcją, poprawiając bezpieczeństwo i stabilność pracy systemu.
Piątym celem jest skuteczne radzenie sobie z wysokimi kosztami dostosowań wynikającymi z przyłączania nowych sieci energetycznych na dużą skalę. Poprzez rozsądne metody eksploatacji, w połączeniu z energią cieplną, w celu redukcji emisji dwutlenku węgla i zwiększenia efektywności, ograniczymy rezygnację z energii wiatrowej i świetlnej, będziemy promować alokację mocy oraz poprawimy ogólną ekonomię i ekologiczność całego systemu.
Wzmocnić optymalizację i integrację zasobów infrastrukturalnych, koordynować zarządzanie bezpieczeństwem, jakością i postępem 30 projektów w trakcie budowy, energicznie promować zmechanizowane budownictwo, inteligentne sterowanie i standaryzowaną budowę, zoptymalizować okres budowy i zapewnić, że pojemność elektrowni szczytowo-pompowych przekroczy 20 milionów kilowatów w okresie „14. Planu Pięcioletniego”. kilowatów, a zainstalowana moc operacyjna przekroczy 70 milionów kilowatów do roku 2030.
Drugim celem jest intensywna praca nad zarządzaniem metodą „lean management”. Wzmocnienie wytycznych planistycznych, skoncentrowanie się na celu „podwójnego węgla” i wdrażaniu strategii firmy, wysokiej jakości przygotowanie „14. pięcioletniego” planu rozwoju elektrowni szczytowo-pompowych. Naukowa optymalizacja wstępnych procedur roboczych projektu oraz uporządkowane przeprowadzenie studium wykonalności i zatwierdzenia projektu. Koncentrując się na bezpieczeństwie, jakości, czasie budowy i kosztach, energicznie promować inteligentne zarządzanie i kontrolę, zmechanizowane budownictwo oraz ekologiczne budownictwo inżynieryjne, aby zapewnić, że realizowane projekty przyniosą korzyści jak najszybciej.
Pogłębiać zarządzanie cyklem życia urządzeń, pogłębiać badania nad obsługą sieci elektroenergetycznych, optymalizować strategię eksploatacji jednostek oraz w pełni dbać o bezpieczeństwo i stabilność funkcjonowania sieci elektroenergetycznej. Pogłębiać wielowymiarowe zarządzanie szczupłe, przyspieszać budowę nowoczesnego, inteligentnego łańcucha dostaw, udoskonalać system zarządzania materiałami, alokować kapitał, zasoby, technologie, dane i inne czynniki produkcji w sposób naukowy, energicznie podnosić jakość i wydajność oraz kompleksowo poprawiać efektywność zarządzania i operacyjną.
Trzecim celem jest dążenie do przełomów w innowacjach technologicznych. Głębokie wdrożenie „Nowego Planu Działań Skoku” na rzecz innowacji naukowych i technologicznych, zwiększenie inwestycji w badania naukowe i poprawa zdolności do niezależnego tworzenia innowacji. Zwiększenie wykorzystania technologii jednostek o zmiennej prędkości obrotowej, wzmocnienie badań i rozwoju technologicznego w zakresie jednostek dużej mocy 400 MW, przyspieszenie budowy laboratoriów modelowych pomp i turbin oraz laboratoriów symulacyjnych, a także dołożenie wszelkich starań w celu zbudowania niezależnej platformy innowacji naukowych i technologicznych.
Zoptymalizować strukturę badań naukowych i alokację zasobów, wzmocnić badania nad kluczową technologią elektrowni szczytowo-pompowych i dążyć do rozwiązania problemu „utknięcia w martwym punkcie”. Pogłębić badania nad zastosowaniem nowych technologii, takich jak „Big Cloud IoT Smart Chain”, kompleksowo wdrożyć budowę cyfrowych, inteligentnych elektrowni i przyspieszyć cyfrową transformację przedsiębiorstw.
Czas publikacji: 07-03-2022
