Chińska Administracja Meteorologiczna poinformowała, że ze względu na niepewność systemu klimatycznego, pogłębioną 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, wzrostu poziomu mórz, a ekstremalne zjawiska pogodowe, takie jak burze, powodzie i susze, występują w różnych regionach o większej gęstości i częstotliwości występowania.
Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) wskazała, że rosnące temperatury na świecie i nadmierne spalanie paliw kopalnych stały się jednym z największych zagrożeń dla zdrowia ludzi. Nie tylko ryzyko udaru cieplnego, udaru cieplnego i chorób układu krążenia, ale także zmiana klimatu może spowodować nasilenie się ponad 50% znanych ludzkich patogenów.
Zmiana klimatu to ogromne wyzwanie, przed którym stoi ludzkość w dobie obecnej. Jako jeden z głównych emitentów gazów cieplarnianych, Chiny ogłosiły w 2020 roku cel „szczytu emisji dwutlenku węgla i neutralności węglowej”, uroczyście zobowiązując się wobec społeczności międzynarodowej, demonstrując odpowiedzialność i zaangażowanie dużego kraju, a także odzwierciedlając pilną potrzebę wspierania transformacji i modernizacji struktury gospodarczej oraz harmonijnego współistnienia człowieka i przyrody.
Wyzwania związane z turbulencjami w systemie elektroenergetycznym
Sektor energetyczny jest intensywnie obserwowanym polem bitwy w kontekście wdrażania „podwójnego węgla”.
Na każdy 1 stopień Celsjusza wzrostu średniej temperatury na świecie, 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 intensywnej promocji polityki, Chiny stały się największym krajem na świecie pod względem wykorzystania nowych i odnawialnych źródeł energii. Według danych Narodowej Administracji Energetycznej (NEA), w pierwszej połowie 2024 roku nowa zainstalowana moc wytwórcza energii odnawialnej w tym kraju wyniosła 134 miliony kilowatów, co stanowiło 88% nowej zainstalowanej mocy; produkcja energii odnawialnej wyniosła 1,56 biliona 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 sposób czystszy, ekologiczny prąd, ale jednocześnie stanowi wyzwanie dla tradycyjnego trybu działania sieci energetycznych.
Tradycyjny tryb zasilania sieci elektroenergetycznej jest natychmiastowy i planowany. Włączenie zasilania oznacza, że ktoś z góry obliczył Twoje zapotrzebowanie i jednocześnie gdzieś wytwarza energię elektryczną. Krzywa wytwarzania energii elektrycznej w elektrowni oraz krzywa przesyłu energii w kanale przesyłowym są planowane z wyprzedzeniem na podstawie danych historycznych. Nawet jeśli zapotrzebowanie na energię elektryczną nagle wzrośnie, można je zaspokoić na czas, uruchamiając rezerwowe jednostki cieplne, aby zapewnić bezpieczną i stabilną pracę systemu elektroenergetycznego.
Jednak wraz z pojawieniem się dużej liczby elektrowni wiatrowych i fotowoltaicznych, czas i ilość energii elektrycznej, która może zostać wytworzona, zależą od pogody, którą trudno zaplanować. Przy sprzyjających warunkach pogodowych nowe bloki energetyczne pracują z pełną mocą i wytwarzają dużą ilość zielonej energii elektrycznej, ale jeśli zapotrzebowanie nie wzrośnie, nie można jej podłączyć do internetu. Przy dużym zapotrzebowaniu na energię elektryczną, w deszczowy i pochmurny dzień, turbiny wiatrowe nie obracają się, panele fotowoltaiczne nie nagrzewają się i pojawiają się przerwy w dostawie prądu.
Wcześniej rezygnacja z energii wiatrowej i słonecznej w Gansu, Xinjiang i innych nowych prowincjach energetycznych wiązała się z sezonowym niedoborem energii elektrycznej w regionie i niezdolnością sieci energetycznej do jej terminowego wykorzystania. Brak kontroli nad czystą energią stwarza wyzwania dla zarządzania siecią energetyczną i zwiększa ryzyko operacyjne systemu energetycznego. Obecnie, gdy ludzie są w dużym stopniu uzależnieni od stabilnego zasilania, niezbędnego do produkcji i życia, każda rozbieżność między wytwarzaniem a zużyciem energii będzie miała poważne konsekwencje ekonomiczne i społeczne.
Istnieje pewna różnica między zainstalowaną mocą nowej energii a rzeczywistą produkcją energii, a zapotrzebowanie na energię elektryczną użytkowników i moc generowana przez elektrownie nie mogą osiągnąć stanu „źródło podąża za obciążeniem” i „równowagi dynamicznej”. „Świeża” energia elektryczna musi być wykorzystywana na czas lub magazynowana, co jest warunkiem koniecznym stabilnej pracy dobrze zorganizowanej sieci elektroenergetycznej. Aby osiągnąć ten cel, oprócz zbudowania dokładnego modelu prognozowania czystej energii poprzez dokładną analizę danych pogodowych i historycznych dotyczących wytwarzania energii, konieczne jest również zwiększenie elastyczności dyspozycji systemu elektroenergetycznego za pomocą takich narzędzi, 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 dobie rewolucji energetycznej, rola elektrowni szczytowo-pompowych nabrała coraz większego znaczenia. Technologia ta, narodzona pod koniec XIX wieku, pierwotnie służyła do regulacji sezonowych zasobów wody w rzekach w celu wytwarzania energii elektrycznej. Rozwijała się szybko i stopniowo dojrzewała w obliczu przyspieszonej industrializacji i budowy elektrowni jądrowych.
Zasada działania jest bardzo prosta. Dwa zbiorniki wodne buduje się na górze i u jej podnóża. W nocy lub w weekend zapotrzebowanie na energię elektryczną spada, a tania i nadwyżkowa energia elektryczna jest wykorzystywana do pompowania wody do zbiornika położonego wyżej. W szczytowym momencie zużycia energii elektrycznej woda jest uwalniana, aby wytworzyć energię elektryczną, która może być regulowana i dystrybuowana w czasie i przestrzeni.
Jako stuletnia technologia magazynowania energii, elektrownie szczytowo-pompowe otrzymały nowe zadanie w procesie „podwójnego węgla”. Gdy moce wytwórcze fotowoltaiki i elektrowni wiatrowych są wysokie, a zapotrzebowanie na energię elektryczną użytkowników spada, elektrownie szczytowo-pompowe mogą magazynować nadwyżki 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 rozruchem i zatrzymaniem. Od uruchomienia do pełnego obciążenia generowanie energii zajmuje mniej niż 4 minuty. W przypadku awarii na dużą skalę w sieci energetycznej, elektrownia szczytowo-pompowa może szybko uruchomić się i przywrócić zasilanie sieci. Jest uważana za ostatnią „zapałkę” do rozświetlenia nieaktywnej sieci energetycznej.
Jako jedna z najbardziej dojrzałych i szeroko stosowanych technologii magazynowania energii, elektrownie szczytowo-pompowe są obecnie największym „baterią” na świecie, odpowiadając za ponad 86% światowej zainstalowanej mocy magazynowania energii. W porównaniu z nowymi technologiami magazynowania energii, takimi jak elektrochemiczne magazynowanie energii i magazynowanie energii wodorowej, elektrownie szczytowo-pompowe charakteryzują się stabilnością technologii, niskimi kosztami i dużą pojemnością.
Elektrownia szczytowo-pompowa ma projektowany okres eksploatacji wynoszący 40 lat. Może pracować od 5 do 7 godzin dziennie i zapewniać ciągłość pracy. Wykorzystuje wodę jako „paliwo”, charakteryzuje się niskimi kosztami eksploatacji i konserwacji oraz jest odporna na wahania cen surowców, takich jak lit, sód i wanad. Korzyści ekonomiczne i możliwości serwisowe elektrowni mają kluczowe znaczenie dla obniżenia kosztów zielonej energii elektrycznej i redukcji emisji dwutlenku węgla z sieci energetycznej.
W lipcu 2024 roku w Guangdong oficjalnie opublikowano pierwszy w moim kraju prowincjonalny plan wdrożenia elektrowni szczytowo-pompowych, który umożliwi im udział w rynku energii. Elektrownie szczytowo-pompowe będą handlować całą energią elektryczną na rynku spot w nowy sposób, polegający na „oferowaniu ilości i ofertowaniu”, „pompowaniu wody w celu magazynowania energii elektrycznej” i „uwalnianiu wody w celu uzyskania energii elektrycznej” – sprawnie i elastycznie. Odegrają one nową rolę w magazynowaniu i uzyskiwaniu dostępu do nowej energii, „banku zielonej energii”, otwierając tym samym nową ścieżkę do uzyskania korzyści rynkowych.
„Będziemy opracowywać naukowe strategie wyceny, aktywnie uczestniczyć w obrocie energią elektryczną, zwiększać ogólną efektywność jednostek oraz dążyć do uzyskania korzyści motywacyjnych w zakresie energii elektrycznej i opłat za energię elektryczną, jednocześnie promując wzrost udziału nowego zużycia energii” – powiedział Wang Bei, zastępca dyrektora generalnego Departamentu Planowania i Finansów Magazynowania Energii w Southern Power Grid.
Dojrzała technologia, ogromna pojemność, elastyczne magazynowanie i dostęp, długotrwała produkcja, niskie koszty w całym cyklu życia oraz coraz bardziej udoskonalone mechanizmy zorientowane rynkowo 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
W kontekście zmian w krajowej strukturze energetycznej i szybkiego rozwoju nowych źródeł energii, elektrownie szczytowo-pompowe zapoczątkowały boom budowlany. W pierwszej połowie 2024 roku skumulowana moc zainstalowana 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 potencjał inwestycyjny mojego kraju w zakresie elektrowni szczytowo-pompowych wyniesie blisko bilion juanów.
W sierpniu 2024 roku Komitet Centralny KPCh i Rada Państwa wydały „Opinie w sprawie przyspieszenia kompleksowej zielonej transformacji rozwoju gospodarczego i społecznego”. Do 2030 roku zainstalowana moc elektrowni szczytowo-pompowych przekroczy 120 milionów kilowatów.
Choć pojawiają się możliwości, powodują one również problem przegrzania inwestycji. Budowa elektrowni szczytowo-pompowych to rygorystyczny i złożony proces inżynieryjny, obejmujący wiele elementów, takich jak regulacje prawne, prace przygotowawcze i pozwolenia. W okresie boomu inwestycyjnego niektóre samorządy i właściciele często ignorują naukowe podejście do wyboru lokalizacji i nasycenia mocy produkcyjnych, a nadmiernie dążą do tempa i skali rozwoju projektów, co pociąga za sobą szereg negatywnych skutków.
Wybór lokalizacji elektrowni szczytowo-pompowych musi uwzględniać warunki geologiczne, lokalizację geograficzną (blisko centrum obciążenia, blisko bazy energetycznej), ekologiczną „czerwoną linię”, spadek ciśnienia, przejęcie gruntów i imigrację oraz inne czynniki. Nierozsądne planowanie i układ sprawią, że budowa elektrowni nie będzie odpowiadać rzeczywistym potrzebom sieci energetycznej lub będzie nieużyteczna. Nie tylko koszty budowy i eksploatacji będą przez jakiś czas trudne do zaakceptowania, ale pojawią się również problemy, takie jak naruszenie ekologicznej „czerwonej linii” podczas budowy. Po ukończeniu budowy, jeśli poziom techniczny, eksploatacyjny i konserwacyjny nie będzie zgodny ze standardami, będzie to stanowić zagrożenie dla bezpieczeństwa.
„Wciąż zdarzają się przypadki, w których wybór lokalizacji dla niektórych projektów jest nieuzasadniony”. Lei Xingchun, zastępca dyrektora generalnego działu infrastruktury w Southern Grid Energy Storage Company, powiedział: „Istotą elektrowni szczytowo-pompowej jest zaspokajanie potrzeb sieci energetycznej i zapewnienie dostępu do nowej energii. Wybór lokalizacji i moc elektrowni szczytowo-pompowej muszą być określone w oparciu o charakterystykę dystrybucji energii, charakterystykę pracy sieci energetycznej, rozkład obciążenia oraz strukturę energetyczną”.
„Projekt ma dużą skalę i wymaga znacznych nakładów początkowych. Jeszcze bardziej konieczne jest wzmocnienie komunikacji i koordynacji z działami odpowiedzialnymi za zasoby naturalne, środowisko ekologiczne, leśnictwo, użytki zielone, gospodarkę wodną i innymi, a także sprawne powiązanie z planami ochrony środowiska i powiązanymi z nimi planami” – dodał Jiang Shuwen, kierownik działu planowania w Southern Grid Energy Storage Company.
Inwestycje budowlane rzędu dziesiątek, a nawet dziesiątek miliardów, powierzchnia zabudowy setek hektarów zbiorników oraz 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 rodzajami magazynowania energii.
W rzeczywistości, w porównaniu z ograniczonym czasem rozładowania i 10-letnim okresem eksploatacji magazynów energii chemicznej, rzeczywisty okres eksploatacji elektrowni szczytowo-pompowych może sięgać 50 lat, a nawet dłużej. Dzięki magazynowaniu energii o dużej pojemności, nieograniczonej częstotliwości pompowania i niższemu kosztowi kilowatogodziny, ich efektywność ekonomiczna jest nadal znacznie wyższa niż innych magazynów energii.
Zheng Jing, starszy inżynier w Chińskim Instytucie Zasobów Wodnych i Planowania i Projektowania Energii Wodnej, przeprowadził badanie: „Analiza efektywności ekonomicznej projektu pokazuje, że uśredniony koszt kilowatogodziny w elektrowniach szczytowo-pompowych wynosi 0,207 juana/kWh. Uśredniony koszt kilowatogodziny w elektrochemicznym magazynowaniu energii wynosi 0,563 juana/kWh, czyli 2,7 razy więcej niż w elektrowniach szczytowo-pompowych”.
„Skala magazynowania energii elektrochemicznej gwałtownie wzrosła w ostatnich latach, ale istnieje wiele ukrytych zagrożeń. Konieczne jest ciągłe wydłużanie cyklu życia, obniżanie kosztów jednostkowych i zwiększanie skali elektrowni, a także konfiguracja funkcji regulacji fazy z perspektywy zapewnienia bezpieczeństwa, tak aby była porównywalna z elektrowniami szczytowo-pompowymi” – podkreślił Zheng Jing.
Zbuduj elektrownię, upiększ ziemię
Według danych Southern Power Grid Energy Storage, w pierwszej połowie 2024 roku skumulowana produkcja energii elektrycznej w elektrowniach szczytowo-pompowych w regionie południowym wyniosła prawie 6 miliardów kWh, co odpowiada zapotrzebowaniu na energię elektryczną 5,5 miliona użytkowników indywidualnych w ciągu pół roku, co stanowi wzrost o 1,3% rok do roku. Liczba uruchomionych jednostek wytwarzania energii przekroczyła 20 000 razy, co stanowi wzrost o 20,9% rok do roku. Średnio każdy blok każdej elektrowni generuje moc szczytową ponad 3 razy dziennie, co istotnie przyczynia się do stabilnego dostępu do czystej energii w sieci elektroenergetycznej.
Wspierając sieć energetyczną w zwiększaniu jej pojemności magazynowania energii elektrycznej w celu ograniczania szczytowego zapotrzebowania na energię elektryczną i dostarczaniu czystej energii elektrycznej na rzecz 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 obsypane są kwiatami wiśni. Rowerzyści i piechurzy udają się do dzielnicy Yantian w Shenzhen, aby się zameldować. Odbijając się w jeziorze i górach, spacerując w morzu kwiatów wiśni, czują się jak w raju. To górny zbiornik elektrowni szczytowo-pompowej Shenzhen, pierwszej elektrowni szczytowo-pompowej zbudowanej w centrum miasta w kraju, a zarazem „park górski i morski” w zasięgu wzroku turystów.
Elektrownia szczytowo-pompowa w Shenzhen już na etapie planowania uwzględniała ekologiczne koncepcje. Jednocześnie z projektem zaprojektowano, zbudowano i oddano do użytku urządzenia i urządzenia do ochrony środowiska i oszczędzania wody. Projekt zdobył nagrody, takie jak „Narodowy Projekt Jakości” oraz „Narodowy Projekt Demonstracyjny Ochrony Gleby i Wody”. Po uruchomieniu elektrowni, China Southern Power Grid Energy Storage zmodernizowała „deindustrializujący” krajobraz górnego zbiornika, nadając mu standard parku ekologicznego. Współpracowała również z władzami dystryktu Yantian, sadząc wokół górnego zbiornika kwiaty wiśni, tworząc wizytówkę Yantian jako „miasta gór, morza i kwiatów”.
Nacisk na ochronę środowiska nie jest wyjątkiem w przypadku elektrowni szczytowo-pompowej w Shenzhen. China Southern Power Grid Energy Storage opracował rygorystyczne systemy zarządzania i oceny ekologicznej budowy w całym procesie realizacji projektu; każdy projekt uwzględnia otaczające środowisko naturalne, cechy kulturowe i odpowiednie plany władz lokalnych, a także uwzględnia specjalne wydatki na odbudowę i poprawę stanu środowiska w budżecie na ochronę środowiska, aby zapewnić harmonijną integrację krajobrazu przemysłowego projektu z otaczającym go środowiskiem ekologicznym.
„Elektrownie szczytowo-pompowe mają stosunkowo wysokie wymagania dotyczące wyboru lokalizacji. Aby uniknąć ekologicznych czerwonych linii, jeśli na terenie budowy znajdują się rzadkie rośliny chronione lub starożytne drzewa, należy z wyprzedzeniem skontaktować się z departamentem leśnictwa i podjąć działania ochronne pod jego nadzorem, aby zapewnić ochronę na miejscu lub ochronę przed migracją” – powiedział Jiang Shuwen.
W każdej elektrowni szczytowo-pompowej Southern Power Grid Energy Storage znajduje się ogromny elektroniczny ekran, który publikuje w czasie rzeczywistym dane, takie jak zawartość jonów ujemnych, jakość powietrza, promieniowanie ultrafioletowe, temperatura, wilgotność itp. w środowisku. „Właśnie o to prosiliśmy, aby monitorować sami, aby interesariusze mogli wyraźnie zobaczyć jakość środowiska elektrowni”. Jiang Shuwen powiedział: „Po wybudowaniu elektrowni szczytowo-pompowych Yangjiang i Meizhou czaple, zwane „ptakami monitorującymi środowisko”, zaczęły gnieździć się w grupach, co jest najbardziej intuicyjnym sposobem rozpoznawania jakości środowiska ekologicznego, takiego jak jakość powietrza i wody w zbiornikach na terenie elektrowni”.
Od czasu budowy pierwszej dużej elektrowni szczytowo-pompowej w Chinach, w Kantonie w 1993 roku, Southern Power Grid Energy Storage zgromadził bogate doświadczenie w zakresie wdrażania zielonych projektów w całym cyklu ich życia. W 2023 roku firma wprowadziła dokument „Metody zarządzania zieloną budową i wskaźniki oceny dla elektrowni szczytowo-pompowych”, który doprecyzował obowiązki i standardy oceny zielonego budownictwa wszystkich jednostek uczestniczących w projekcie w trakcie jego realizacji. Dokument ten zawiera praktyczne cele i metody realizacji, co ma ogromne znaczenie dla wspierania branży w zakresie wdrażania ochrony środowiska.
Elektrownie szczytowo-pompowe budowane są od podstaw, a wiele technologii i metod zarządzania nie ma precedensów. Firma opiera się na liderach branży, takich jak Southern Power Grid Energy Storage, którzy napędzają łańcuchy przemysłowe upstream i downstream, aby stale wprowadzać innowacje, badać i weryfikować rozwiązania oraz promować stopniową modernizację przemysłu. Ochrona środowiska jest również niezbędnym elementem zrównoważonego rozwoju branży elektrowni szczytowo-pompowych. Jest ona nie tylko wyrazem odpowiedzialności firmy, ale także podkreśla „zieloną” wartość i wartość tego projektu magazynowania energii odnawialnej.
Zegar neutralności węglowej wybija godzinę, a rozwój energii odnawialnej wciąż przynosi nowe przełomy. Rola elektrowni szczytowo-pompowych jako „regulatorów”, „banków energii” i „stabilizatorów” w bilansie obciążenia sieci energetycznej staje się coraz bardziej znacząca.
Czas publikacji: 05-02-2025
