Elektrownie szczytowo-pompowe to najpowszechniej stosowana i najbardziej rozwinięta technologia w dziedzinie magazynowania energii na dużą skalę, a ich zainstalowana moc może sięgać gigawatów. Obecnie elektrownie szczytowo-pompowe charakteryzują się najbardziej rozwiniętą skalą rozwoju na świecie.
Elektrownie szczytowo-pompowe charakteryzują się dojrzałą i stabilną technologią oraz wysokimi, kompleksowymi korzyściami. Są często wykorzystywane do redukcji zapotrzebowania szczytowego i do pracy w trybie gotowości. Elektrownie szczytowo-pompowe są najszerzej stosowaną i najbardziej dojrzałą technologią w magazynowaniu energii na dużą skalę, a ich zainstalowana moc może sięgać gigawatów.
Według niepełnych statystyk Komitetu Zawodowego ds. Magazynowania Energii Chińskiego Stowarzyszenia Badań Energetycznych, obecnie najbardziej zaawansowaną elektrownią szczytowo-pompową i o największej zainstalowanej mocy na świecie jest elektrownia szczytowo-pompowa. Do 2019 roku globalna moc magazynowania energii osiągnęła 180 milionów kW, a zainstalowana moc elektrowni szczytowo-pompowych przekroczyła 170 milionów kW, co stanowi 94% całkowitej globalnej mocy magazynowania energii.
Elektrownia szczytowo-pompowa wykorzystuje energię elektryczną przy niskim obciążeniu systemu energetycznego do pompowania wody do wyżej położonego miejsca w celu jej magazynowania oraz do odprowadzania wody w celu wytwarzania energii w okresach szczytowego obciążenia. Przy niskim obciążeniu, elektrownia szczytowo-pompowa jest odbiorcą; w okresach szczytowego obciążenia jest elektrownią.
Elektrownia szczytowo-pompowa pełni dwie podstawowe funkcje: pompowanie i wytwarzanie energii elektrycznej. Podczas szczytowego obciążenia systemu elektroenergetycznego jednostka pracuje jako turbina hydrauliczna. Otwarcie łopatki kierującej turbiny hydraulicznej jest regulowane za pomocą regulatora, aby przekształcić energię potencjalną wody w energię mechaniczną obrotu jednostki, a następnie energia mechaniczna jest przekształcana w energię elektryczną za pośrednictwem generatora.
Przy niskim obciążeniu systemu elektroenergetycznego, pompa działa jak pompa wodna. Energia elektryczna w punkcie najniższym jest wykorzystywana do pompowania wody 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 do magazynowania.
Elektrownia szczytowo-pompowa odpowiada głównie za redukcję szczytów mocy, modulację częstotliwości, awaryjne zasilanie rezerwowe i rozruch awaryjny systemu elektroenergetycznego, co może poprawić i zrównoważyć obciążenie systemu elektroenergetycznego, poprawić jakość zasilania i korzyści ekonomiczne systemu elektroenergetycznego, a także stanowi fundament zapewniający bezpieczną, ekonomiczną i stabilną pracę sieci elektroenergetycznej. Elektrownia szczytowo-pompowa jest znana jako „stabilizator”, „regulator” i „równoważnik” w bezpiecznej pracy sieci elektroenergetycznej.
Trendem rozwojowym elektrowni szczytowo-pompowych na świecie jest wysoki spadek ciśnienia, duża wydajność i wysoka prędkość obrotowa. Wysoki spadek ciśnienia oznacza, że jednostka rozwija się do wyższego poziomu ciśnienia. Duża wydajność oznacza, że wydajność pojedynczej jednostki wzrasta. Wysoka prędkość obrotowa oznacza, że jednostka przyjmuje wyższą prędkość jednostkową.
Struktura i charakterystyka
Główne budynki elektrowni szczytowo-pompowych obejmują zazwyczaj zbiornik górny, zbiornik dolny, system transportu wody, elektrownię i inne budynki specjalistyczne. W porównaniu z konwencjonalnymi elektrowniami wodnymi, konstrukcje hydrotechniczne elektrowni szczytowo-pompowych charakteryzują się następującymi głównymi cechami:
Istnieją dwa zbiorniki retencyjne. W porównaniu z konwencjonalnymi elektrowniami wodnymi o tej samej mocy zainstalowanej, pojemność zbiornika elektrowni szczytowo-pompowych jest zazwyczaj niewielka.
Poziom wody w zbiorniku ulega znacznym wahaniom i często wzrasta i opada. Aby sprostać zadaniu redukcji szczytów i wypełniania dolin w sieci energetycznej, dobowy zakres wahań poziomu wody w zbiorniku w elektrowniach szczytowo-pompowych jest zazwyczaj duży, zazwyczaj przekraczając 10–20 m, a niektóre elektrownie wodne osiągają poziom 30–40 m. Tempo wahań poziomu wody w zbiorniku jest szybkie, zazwyczaj do 5–8 m/h, a nawet 8–10 m/h.
Wymagania dotyczące zabezpieczenia zbiornika przed przesiąkaniem są wysokie. Jeśli elektrownia szczytowo-pompowa straci dużo wody z powodu przecieku z górnego zbiornika, jej produkcja energii elektrycznej ulegnie zmniejszeniu. W związku z tym wymagania dotyczące zabezpieczenia zbiornika przed przesiąkaniem są wysokie. Jednocześnie, aby zapobiec pogorszeniu warunków hydrogeologicznych na obszarze objętym projektem, szkodom spowodowanym przesiąkaniem i skoncentrowanym przeciekom spowodowanym przesiąkaniem wody, stawiane są również wyższe wymagania dotyczące zabezpieczenia zbiornika przed przesiąkaniem.
Spadek ciśnienia wody jest wysoki. Spadek ciśnienia wody w elektrowniach szczytowo-pompowych jest zazwyczaj wysoki, zazwyczaj wynosi 200–800 m. Elektrownia szczytowo-pompowa Jixi o łącznej mocy zainstalowanej 1,8 miliona kW to pierwszy projekt w Chinach z sekcją o spadku 650 metrów, a elektrownia szczytowo-pompowa Dunhua o łącznej mocy zainstalowanej 1,4 miliona kW to pierwszy projekt w Chinach z sekcją o spadku 700 metrów. Wraz z ciągłym rozwojem technicznym elektrowni szczytowo-pompowych, liczba elektrowni wodnych o wysokim spadku i dużej mocy w Chinach będzie stale rosła.
Wysokość instalacji jednostki jest niska. Aby zniwelować wpływ wyporu i przesiąkania na elektrownię, duże elektrownie szczytowo-pompowe, budowane w kraju i za granicą, w ostatnich latach najczęściej przyjmują formę elektrowni podziemnych.
Czas publikacji: 25 kwietnia 2022 r.
