Chińska Administracja Meteorologiczna poinformowała, że z powodu niepewności systemu klimatycznego, pogłębionej przez globalne ocieplenie, ekstremalnie wysokie temperatury i intensywne opady deszczu w Chinach zdarzają się częściej i są intensywniejsze.
Od czasów rewolucji przemysłowej gazy cieplarniane wytwarzane przez działalność człowieka są przyczyną nienormalnie wysokich temperatur na świecie, podnoszenia się poziomu mórz, a ekstremalne zjawiska pogodowe, takie jak ulewy, powodzie i susze, występują w różnych regionach z większą gęstością i częstotliwością.
Światowa Organizacja Zdrowia wskazała, że rosnące temperatury globalne i nadmierne spalanie paliw kopalnych stały się jednym z największych zagrożeń dla zdrowia ludzi. Nie tylko zagrożenie udarem cieplnym, udarem cieplnym i chorobami układu krążenia, zmiana klimatu może spowodować pogorszenie się stanu ponad 50% znanych ludzkich patogenów.
Zmiana klimatu to poważne wyzwanie, przed którym stoi ludzkość w erze współczesnej. Jako główny emitent gazów cieplarnianych Chiny ogłosiły cel „szczytu węglowego i neutralności węglowej” w 2020 r., złożyły uroczyste zobowiązanie wobec społeczności międzynarodowej, zademonstrowały odpowiedzialność i zaangażowanie dużego kraju, a także odzwierciedliły pilną potrzebę kraju, aby promować transformację i modernizację struktury gospodarczej oraz promować harmonijne współistnienie człowieka i natury.
Wyzwania związane z turbulencjami w systemie energetycznym
Sektor energetyczny jest intensywnie obserwowanym polem bitwy o wdrożenie „podwójnego węgla”.
Na każdy 1 stopień Celsjusza wzrostu średniej temperatury globalnej węgiel przyczynia się do ponad 0,3 stopnia Celsjusza. Aby dalej promować rewolucję energetyczną, konieczne jest kontrolowanie zużycia energii kopalnej i przyspieszenie budowy nowego systemu energetycznego. W latach 2022-2023 Chiny wydały ponad 120 polityk „podwójnego węgla”, kładąc szczególny nacisk na kluczowe wsparcie dla rozwoju i wykorzystania energii odnawialnej.
Dzięki silnej promocji polityk Chiny stały się największym krajem na świecie pod względem wykorzystania nowej energii i energii odnawialnej. Według danych Narodowej Administracji Energetycznej, w pierwszej połowie 2024 r. nowa zainstalowana moc wytwórcza energii odnawialnej w kraju wyniosła 134 mln kilowatów, co stanowi 88% nowej zainstalowanej mocy; generacja energii odnawialnej wyniosła 1,56 bln kilowatogodzin, co stanowi około 35% całkowitej produkcji energii.
Do sieci energetycznych włącza się coraz więcej elektrowni wiatrowych i fotowoltaicznych, co pozwala ludziom produkować i żyć w czystszej, zielonej energii, ale jednocześnie stanowi wyzwanie dla tradycyjnego trybu działania sieci energetycznych.
Tradycyjny tryb zasilania sieci energetycznej jest natychmiastowy i zaplanowany. Gdy włączasz zasilanie, oznacza to, że ktoś z góry obliczył Twoje potrzeby i jednocześnie gdzieś generuje dla Ciebie energię elektryczną. Krzywa wytwarzania energii elektrycznej elektrowni i krzywa przesyłu mocy kanału przesyłowego są planowane z wyprzedzeniem na podstawie danych historycznych. Nawet jeśli zapotrzebowanie na energię elektryczną nagle wzrośnie, zapotrzebowanie można zaspokoić na czas, uruchamiając zapasowe jednostki cieplne, aby osiągnąć bezpieczną i stabilną pracę systemu sieci energetycznej.
Jednak wraz z wprowadzeniem dużej liczby elektrowni wiatrowych i fotowoltaicznych, kiedy i ile energii elektrycznej może zostać wytworzone, wszystko zależy od pogody, którą trudno zaplanować. Gdy warunki pogodowe są dobre, nowe jednostki energetyczne pracują na pełnych obrotach i generują dużą ilość zielonej energii elektrycznej, ale jeśli zapotrzebowanie nie wzrasta, ta energia elektryczna nie może być podłączona do Internetu; gdy zapotrzebowanie na energię elektryczną jest duże, zdarza się, że jest deszczowo i pochmurno, turbiny wiatrowe się nie obracają, panele fotowoltaiczne się nie nagrzewają i pojawia się problem przerw w dostawie prądu.
Wcześniej porzucenie wiatru i światła w Gansu, Xinjiang i innych nowych prowincjach energetycznych było związane z sezonowym niedoborem energii elektrycznej w regionie i niezdolnością sieci energetycznej do jej wchłonięcia na czas. Niekontrolowalność czystej energii stwarza wyzwania dla dystrybucji sieci energetycznej i zwiększa ryzyko operacyjne systemu energetycznego. Obecnie, gdy ludzie są w dużym stopniu zależni od stabilnego zasilania dla produkcji i życia, każda niezgodność między wytwarzaniem energii a jej zużyciem będzie miała poważne skutki ekonomiczne i społeczne.
Istnieje pewna różnica między zainstalowaną mocą nowej energii a rzeczywistą generacją energii, a zapotrzebowanie na energię użytkowników i moc generowana przez elektrownie nie mogą osiągnąć „źródła podążającego za obciążeniem” i „dynamicznej równowagi”. „Świeża” energia elektryczna musi być wykorzystana na czas lub magazynowana, co jest warunkiem koniecznym stabilnej pracy dobrze zorganizowanej sieci energetycznej. Aby osiągnąć ten cel, oprócz zbudowania dokładnego modelu prognozowania czystej energii poprzez dokładną analizę pogody i historycznych danych dotyczących generacji energii, konieczne jest również zwiększenie elastyczności dyspozycji systemu energetycznego za pomocą narzędzi takich jak systemy magazynowania energii i wirtualne elektrownie. Kraj kładzie nacisk na „przyspieszenie planowania i budowy nowego systemu energetycznego”, a magazynowanie energii jest niezbędną technologią.
„Zielony Bank” w Nowym Systemie Energetycznym
W ramach rewolucji energetycznej coraz bardziej widoczna stała się ważna rola elektrowni szczytowo-pompowych. Technologia ta, która narodziła się pod koniec XIX wieku, została pierwotnie stworzona w celu regulacji sezonowych zasobów wodnych w rzekach w celu wytwarzania energii elektrycznej. Rozwijała się szybko i stopniowo dojrzewała na tle przyspieszonej industrializacji i budowy elektrowni jądrowych.
Zasada działania jest bardzo prosta. Dwa zbiorniki są zbudowane na górze i u jej podnóża. Gdy nadchodzi noc lub weekend, zapotrzebowanie na energię elektryczną spada, a tania i nadwyżkowa energia elektryczna jest wykorzystywana do pompowania wody do zbiornika w górnym biegu rzeki; gdy zużycie energii elektrycznej osiąga szczyt, woda jest uwalniana w celu wytworzenia energii elektrycznej, dzięki czemu energia elektryczna może być dostosowywana i dystrybuowana w czasie i przestrzeni.
Jako stuletnia technologia magazynowania energii, magazynowanie szczytowo-pompowe otrzymało nowe zadanie w procesie „podwójnego węgla”. Gdy moc generacyjna fotowoltaiki i energii wiatrowej jest duża, a zapotrzebowanie użytkownika na energię elektryczną jest zmniejszone, magazynowanie szczytowo-pompowe może magazynować nadmiar energii elektrycznej. Gdy zapotrzebowanie na energię elektryczną wzrasta, energia elektryczna jest uwalniana, aby pomóc sieci energetycznej osiągnąć równowagę podaży i popytu.
Jest elastyczny i niezawodny, z szybkim startem i zatrzymaniem. Od startu do pełnego obciążenia generowania energii zajmuje mniej niż 4 minuty. Jeśli w sieci energetycznej dojdzie do wypadku na dużą skalę, magazynowanie szczytowe może szybko się uruchomić i przywrócić zasilanie sieci energetycznej. Jest uważany za ostatnią „zapałkę”, która rozświetla ciemną sieć energetyczną.
Jako jedna z najbardziej dojrzałych i szeroko stosowanych technologii magazynowania energii, magazynowanie szczytowo-pompowe jest obecnie największą „baterią” na świecie, odpowiadającą za ponad 86% światowej zainstalowanej pojemności magazynowania energii. W porównaniu z nowymi magazynami energii, takimi jak magazynowanie energii elektrochemicznej i magazynowanie energii wodorowej, magazynowanie szczytowo-pompowe ma zalety stabilnej technologii, niskich kosztów i dużej pojemności.
Elektrownia szczytowo-pompowa ma projektowany okres eksploatacji wynoszący 40 lat. Może pracować od 5 do 7 godzin dziennie i rozładowywać w sposób ciągły. Wykorzystuje wodę jako „paliwo”, ma niskie koszty eksploatacji i konserwacji i nie jest podatna na wahania cen surowców, takich jak lit, sód i wanad. Jej korzyści ekonomiczne i możliwości serwisowe są kluczowe dla obniżenia kosztów zielonej energii elektrycznej i zmniejszenia emisji dwutlenku węgla w sieci energetycznej.
W lipcu 2024 r. w Guangdong oficjalnie wydano pierwszy prowincjonalny plan wdrożenia mojego kraju dotyczący magazynowania szczytowo-pompowego w celu uczestnictwa w rynku energii. Elektrownie szczytowo-pompowe będą handlować całą energią elektryczną na rynku spot w nowy sposób „podawania ilości i wyceny”, „pompowania wody w celu magazynowania energii elektrycznej” i „uwalniania wody w celu uzyskania energii elektrycznej” wydajnie i elastycznie na rynku energii, odgrywając nową rolę w magazynowaniu i uzyskiwaniu dostępu do nowej energii „bank zielonej energii elektrycznej” i otwierając nową ścieżkę do uzyskania korzyści rynkowych.
„Będziemy naukowo formułować strategie wyceny, aktywnie uczestniczyć w obrocie energią elektryczną, poprawiać kompleksową wydajność jednostek i dążyć do uzyskania korzyści zachęcających z energii elektrycznej i opłat za energię elektryczną, jednocześnie promując wzrost udziału nowego zużycia energii”. Wang Bei, zastępca dyrektora generalnego Energy Storage Planning and Finance Department of the Southern Power Grid, powiedział.
Dojrzała technologia, ogromna pojemność, elastyczne magazynowanie i dostęp, długotrwała produkcja, niskie koszty w całym cyklu życia oraz coraz bardziej udoskonalone mechanizmy zorientowane na rynek uczyniły z magazynowania szczytowo-pompowego najbardziej ekonomiczne i praktyczne „wszechstronne” rozwiązanie w procesie rewolucji energetycznej, odgrywając kluczową rolę w promowaniu efektywnego wykorzystania energii odnawialnej i zapewnianiu bezpieczeństwa i stabilności systemu energetycznego.
Kontrowersyjne duże projekty
Na tle krajowej struktury energetycznej i szybkiego rozwoju nowej energii, elektrownie szczytowo-pompowe zapoczątkowały boom budowlany. W pierwszej połowie 2024 r. skumulowana zainstalowana moc elektrowni szczytowo-pompowych w Chinach osiągnęła 54,39 mln kilowatów, a tempo wzrostu inwestycji wzrosło o 30,4 punktu procentowego w porównaniu z analogicznym okresem ubiegłego roku. W ciągu najbliższych dziesięciu lat przestrzeń inwestycyjna mojego kraju dla elektrowni szczytowo-pompowych wyniesie blisko bilion juanów.
W sierpniu 2024 r. Komitet Centralny KPCh i Rada Państwa wydały „Opinie w sprawie przyspieszenia kompleksowej zielonej transformacji rozwoju gospodarczego i społecznego”. Do 2030 r. zainstalowana moc elektrowni szczytowo-pompowych przekroczy 120 mln kilowatów.
Choć pojawiają się okazje, powodują również problem przegrzanych inwestycji. Budowa elektrowni szczytowo-pompowych to rygorystyczna i złożona inżynieria systemowa, obejmująca wiele ogniw, takich jak przepisy, prace przygotowawcze i zatwierdzenia. W boomie inwestycyjnym niektóre samorządy i właściciele często ignorują naukową naturę wyboru lokalizacji i nasycenia mocy, a nadmiernie dążą do szybkości i skali rozwoju projektu, co powoduje szereg negatywnych skutków.
Wybór lokalizacji elektrowni szczytowo-pompowych musi uwzględniać warunki geologiczne, położenie geograficzne (blisko centrum obciążenia, blisko bazy energetycznej), ekologiczną czerwoną linię, spadek ciśnienia, przejęcie gruntów i imigrację oraz inne czynniki. Nierozsądne planowanie i układ spowodują, że budowa elektrowni będzie niezgodna z rzeczywistymi potrzebami sieci energetycznej lub nie będzie nadawała się do użytku. Nie tylko koszty budowy i koszty operacyjne będą trudne do zaakceptowania przez jakiś czas, ale pojawią się również problemy, takie jak naruszenie ekologicznej czerwonej linii podczas budowy; po zakończeniu, jeśli poziom techniczny, operacyjny i konserwacyjny nie będzie zgodny ze standardem, spowoduje to zagrożenia dla bezpieczeństwa.
„Wciąż zdarzają się przypadki, w których wybór lokalizacji niektórych projektów jest nieuzasadniony”. Lei Xingchun, zastępca dyrektora generalnego działu infrastruktury Southern Grid Energy Storage Company, powiedział: „Istotą elektrowni szczytowo-pompowej jest zaspokajanie potrzeb sieci energetycznej i zapewnienie dostępu do nowej energii do sieci. Wybór lokalizacji i moc elektrowni szczytowo-pompowej muszą zostać określone na podstawie charakterystyki dystrybucji energii, charakterystyki działania sieci energetycznej, dystrybucji obciążenia energetycznego i struktury energetycznej”.
„Projekt jest duży i wymaga dużych początkowych inwestycji. Jeszcze bardziej konieczne jest wzmocnienie komunikacji i koordynacji z zasobami naturalnymi, środowiskiem ekologicznym, leśnictwem, trawiastymi terenami, ochroną wód i innymi działami, a także dobra praca w łączeniu się z ekologiczną linią ochrony i powiązanymi planami”. Jiang Shuwen, szef działu planowania Southern Grid Energy Storage Company, dodał.
Koszty inwestycji budowlanych rzędu dziesiątek, a nawet dziesiątek miliardów, powierzchnia zabudowy setek hektarów zbiorników wodnych i okres budowy wynoszący od 5 do 7 lat to także powody, dla których wiele osób krytykuje elektrownie szczytowo-pompowe za to, że nie są „ekonomiczne i przyjazne dla środowiska” w porównaniu z innymi magazynami energii.
Ale w rzeczywistości, w porównaniu z ograniczonymi czasami rozładowania i 10-letnim okresem eksploatacji magazynów energii chemicznej, rzeczywisty okres eksploatacji elektrowni szczytowo-pompowych może osiągnąć 50 lat lub nawet dłużej. Dzięki magazynowaniu energii o dużej pojemności, nieograniczonej częstotliwości pompowania i niższym kosztom na kilowatogodzinę, ich efektywność ekonomiczna jest nadal znacznie wyższa niż w przypadku innych magazynów energii.
Zheng Jing, starszy inżynier w China Institute of Water Resources and Hydropower Planning and Design, przeprowadził badanie: „Analiza efektywności ekonomicznej projektu pokazuje, że uśredniony koszt kilowatogodziny elektrowni szczytowo-pompowych wynosi 0,207 juana/kWh. Uśredniony koszt kilowatogodziny elektrochemicznego magazynowania energii wynosi 0,563 juana/kWh, co stanowi 2,7-krotność kosztu elektrowni szczytowo-pompowych”.
„Magazynowanie energii elektrochemicznej szybko wzrosło w ostatnich latach, ale istnieją różne ukryte zagrożenia. Konieczne jest ciągłe wydłużanie cyklu życia, zmniejszanie kosztów jednostkowych i zwiększanie skali elektrowni oraz konfigurowanie funkcji regulacji fazy z perspektywy zapewnienia bezpieczeństwa, tak aby mogła być porównywalna z elektrowniami szczytowo-pompowymi”. Zheng Jing podkreślił.
Zbuduj elektrownię, upiększ ziemię
Według danych Southern Power Grid Energy Storage, w pierwszej połowie 2024 r. skumulowana produkcja energii elektrycznej w elektrowniach szczytowo-pompowych w regionie południowym wyniosła prawie 6 mld kWh, co odpowiada zapotrzebowaniu na energię elektryczną 5,5 mln użytkowników indywidualnych w ciągu pół roku, co stanowi wzrost o 1,3% rok do roku; liczba uruchomień jednostek wytwarzania energii przekroczyła 20 000 razy, co stanowi wzrost o 20,9% rok do roku. Średnio każda jednostka każdej elektrowni generuje moc szczytową ponad 3 razy dziennie, co wnosi istotny wkład w stabilny dostęp czystej energii do sieci energetycznej.
W celu pomocy sieci energetycznej w zwiększeniu jej pojemności magazynowania energii w okresach szczytowego zapotrzebowania na energię oraz dostarczania czystej energii elektrycznej na potrzeby rozwoju społecznego i gospodarczego, Southern Power Grid Energy Storage angażuje się w budowę pięknych elektrowni i dostarczanie „zielonych, otwartych i współdzielonych” ekologicznych i środowiskowych produktów dla lokalnej społeczności.
Każdej wiosny góry są pełne kwiatów wiśni. Rowerzyści i piechurzy udają się do dzielnicy Shenzhen Yantian, aby się zameldować. Odbijając jezioro i góry, spacerując w morzu kwiatów wiśni, jakby byli w raju. To górny zbiornik elektrowni szczytowo-pompowej Shenzhen, pierwszej elektrowni szczytowo-pompowej zbudowanej w centrum miasta w kraju i „park górski i morski” w ustach turystów.
Elektrownia szczytowo-pompowa Shenzhen włączyła zielone koncepcje ekologiczne na początku planowania. Jednocześnie z projektem zaprojektowano, zbudowano i uruchomiono urządzenia i urządzenia do ochrony środowiska i oszczędzania wody. Projekt zdobył nagrody, takie jak „National Quality Project” i „National Soil and Water Conservation Demonstration Project”. Po uruchomieniu elektrowni China Southern Power Grid Energy Storage zmodernizowało krajobraz „deindustrializacji” górnego zbiornika do standardu parku ekologicznego i współpracowało z władzami dystryktu Yantian w celu posadzenia kwiatów wiśni wokół górnego zbiornika, tworząc wizytówkę Yantian jako „góry, morze i miasto kwiatów”.
Nacisk na ochronę ekologiczną nie jest szczególnym przypadkiem elektrowni szczytowo-pompowej Shenzhen. China Southern Power Grid Energy Storage opracowało rygorystyczne systemy zarządzania zieloną budową i standardy oceny w całym procesie budowy projektu; każdy projekt łączy otaczające środowisko naturalne, cechy kulturowe i odpowiednie plany lokalnego rządu, a także ustala specjalne wydatki na przywrócenie i poprawę środowiska ekologicznego w budżecie ochrony środowiska, aby zapewnić harmonijną integrację krajobrazu przemysłowego projektu i otaczającego środowiska ekologicznego.
„Elektrownie szczytowo-pompowe mają stosunkowo wysokie wymagania co do wyboru lokalizacji. Na podstawie unikania ekologicznych czerwonych linii, jeśli na obszarze budowy znajdują się rzadkie rośliny chronione lub starożytne drzewa, konieczne jest wcześniejsze skontaktowanie się z departamentem leśnictwa i podjęcie środków ochronnych pod kierunkiem departamentu leśnictwa w celu przeprowadzenia ochrony na miejscu lub ochrony przed migracją” – powiedział Jiang Shuwen.
W każdej elektrowni szczytowo-pompowej Southern Power Grid Energy Storage można zobaczyć ogromny elektroniczny ekran wyświetlacza, który publikuje dane w czasie rzeczywistym, takie jak zawartość jonów ujemnych, jakość powietrza, promienie ultrafioletowe, temperatura, wilgotność itp. w środowisku. „To jest to, o co prosiliśmy, aby monitorować siebie, tak aby interesariusze mogli wyraźnie zobaczyć jakość środowiska elektrowni”. Jiang Shuwen powiedział: „Po wybudowaniu elektrowni szczytowo-pompowych Yangjiang i Meizhou czaple, znane jako „ptaki monitorujące środowisko”, zaczęły nocować w grupach, co jest najbardziej intuicyjnym rozpoznaniem jakości środowiska ekologicznego, takiego jak jakość powietrza i wody w zbiorniku na terenie elektrowni”.
Od czasu budowy pierwszej dużej elektrowni szczytowo-pompowej w Chinach w Guangzhou w 1993 r. Southern Power Grid Energy Storage zgromadziło dojrzałe doświadczenie w zakresie wdrażania zielonych projektów w całym cyklu życia. W 2023 r. firma wprowadziła „Metody zarządzania zieloną budową i wskaźniki oceny dla elektrowni szczytowo-pompowych”, które wyjaśniły obowiązki i standardy oceny zielonej budowy wszystkich jednostek uczestniczących w projekcie w trakcie procesu budowy. Zawiera praktyczne cele i metody realizacji, co ma ogromne znaczenie dla ukierunkowania branży na wdrażanie ochrony ekologicznej.
Elektrownie szczytowo-pompowe budowano od podstaw, a wiele technologii i zarządzania nie ma precedensów do naśladowania. Opiera się na liderach branży, takich jak Southern Power Grid Energy Storage, aby napędzać łańcuchy przemysłowe w górę i w dół łańcucha, aby stale wprowadzać innowacje, eksplorować, weryfikować i promować modernizację przemysłu krok po kroku. Ochrona ekologiczna jest również nieodzowną częścią zrównoważonego rozwoju branży magazynowania szczytowo-pompowego. Nie tylko reprezentuje ona odpowiedzialność firmy, ale także podkreśla „zieloną” wartość i zawartość złota tego projektu magazynowania zielonej energii.
Zegar neutralności węglowej dzwoni, a rozwój energii odnawialnej nadal osiąga nowe przełomy. Rola elektrowni szczytowo-pompowych jako „regulatorów”, „banków mocy” i „stabilizatorów” w bilansie obciążenia sieci energetycznej staje się coraz bardziej widoczna.
Czas publikacji: 05-02-2025
