O armazenamento por bombeamento é a tecnologia mais utilizada e consolidada para o armazenamento de energia em larga escala, podendo atingir a capacidade instalada de gigawatts em usinas hidrelétricas. Atualmente, o armazenamento de energia mais consolidado e com maior capacidade instalada no mundo é o armazenamento hidrelétrico por bombeamento.
A tecnologia de armazenamento por bombeamento é madura e estável, com altos benefícios abrangentes, e é frequentemente usada para regulação de pico e como reserva de energia. O armazenamento por bombeamento é a tecnologia mais amplamente utilizada e consolidada no armazenamento de energia em larga escala, e a capacidade instalada das usinas pode atingir gigawatts.
De acordo com as estatísticas incompletas do Comitê Profissional de Armazenamento de Energia da Associação Chinesa de Pesquisa Energética, o armazenamento hidrelétrico por bombeamento é atualmente a forma de armazenamento de energia mais madura e com maior capacidade instalada no mundo. Em 2019, a capacidade operacional mundial de armazenamento de energia atingiu 180 milhões de quilowatts, e a capacidade instalada de armazenamento de energia por bombeamento ultrapassou 170 milhões de quilowatts, representando 94% do armazenamento total de energia mundial.
As centrais hidrelétricas de bombeamento utilizam a eletricidade gerada durante os períodos de baixa demanda do sistema elétrico para bombear água para um local elevado de armazenamento e liberá-la para gerar eletricidade durante os períodos de pico de demanda. Quando a demanda é baixa, a central hidrelétrica de bombeamento é o consumidor; quando a demanda é alta, ela é a geradora.
A unidade de armazenamento por bombeamento tem duas funções básicas: bombear água e gerar eletricidade. A unidade opera como uma turbina hidráulica quando a carga do sistema elétrico está no seu pico. A abertura da pá guia da turbina hidráulica é ajustada através do sistema regulador, e a energia potencial da água é convertida em energia mecânica pela rotação da unidade, e então a energia mecânica é convertida em energia elétrica através do gerador;
Quando a carga do sistema elétrico é baixa, a bomba d'água é utilizada para bombear água do reservatório inferior para o reservatório superior. Através do ajuste automático do sistema regulador, a abertura da pá guia é ajustada automaticamente de acordo com a altura de elevação da bomba, e a energia elétrica é convertida em energia potencial da água e armazenada.
As centrais hidrelétricas de bombeamento são as principais responsáveis pela regulação de pico, regulação de frequência, fornecimento de energia de reserva e partida a frio do sistema elétrico, podendo melhorar e equilibrar a carga da rede, aumentar a qualidade do fornecimento e os benefícios econômicos, sendo a espinha dorsal para garantir a operação segura, econômica e estável da rede elétrica. As usinas hidrelétricas de bombeamento são conhecidas como "estabilizadoras", "reguladoras" e "balanceadoras" na operação segura das redes elétricas.
A tendência de desenvolvimento das usinas hidrelétricas de bombeamento no mundo é de alta queda, grande capacidade e alta velocidade. Alta queda significa que a unidade é desenvolvida para uma queda maior, grande capacidade significa que a capacidade de uma única unidade está aumentando continuamente e alta velocidade significa que a unidade adota uma velocidade específica mais alta.
Estrutura e características da central elétrica
As principais construções de uma usina hidrelétrica de bombeamento geralmente incluem: reservatório superior, reservatório inferior, sistema de distribuição de água, oficina e outras construções especiais. Comparadas às usinas hidrelétricas convencionais, as estruturas hidráulicas das usinas de bombeamento apresentam as seguintes características principais:
Existem reservatórios superiores e inferiores. Comparativamente às centrais hidroelétricas convencionais com a mesma capacidade instalada, a capacidade dos reservatórios das centrais de bombagem por bombagem é geralmente relativamente pequena.
O nível da água no reservatório flutua bastante, subindo e descendo frequentemente. Para realizar a tarefa de nivelamento de pico e preenchimento de vales na rede elétrica, a variação diária do nível da água no reservatório da usina hidrelétrica reversível é geralmente bastante grande, ultrapassando 10 a 20 metros, e em algumas usinas chega a 30 a 40 metros, e a taxa de variação do nível da água no reservatório é relativamente rápida, geralmente atingindo 5 a 8 m/h, e até mesmo 8 a 10 m/h.
Os requisitos para a prevenção de infiltrações em reservatórios são elevados. Se uma central hidroelétrica de bombeamento puro sofrer grandes perdas de água devido à infiltração no reservatório superior, a geração de energia da central será reduzida. Ao mesmo tempo, para evitar que a infiltração de água deteriore as condições hidrogeológicas na área do projeto, resultando em danos e concentração de infiltrações, também são impostos requisitos mais rigorosos para a prevenção de infiltrações em reservatórios.
A queda d'água é alta. A queda em usinas hidrelétricas de bombeamento geralmente é alta, na maioria das vezes entre 200 e 800 metros. A usina hidrelétrica de bombeamento de Jixi, com capacidade instalada total de 1,8 milhão de quilowatts, é o primeiro projeto do país com seção transversal de 650 metros de queda, e a usina hidrelétrica de bombeamento de Dunhua, com capacidade instalada total de 1,4 milhão de quilowatts, é o primeiro projeto do país com seção transversal de 700 metros de queda. Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de bombeamento, o número de usinas hidrelétricas de grande capacidade e alta queda no país aumentará.
A unidade está instalada em baixa altitude. Para superar a influência da flutuabilidade e da infiltração na casa de máquinas, as grandes usinas hidrelétricas de bombeamento construídas no país e no exterior nos últimos anos adotam, em sua maioria, o formato de casas de máquinas subterrâneas.
A usina hidrelétrica de bombeamento mais antiga do mundo é a Usina Hidrelétrica de Bombeamento de Netra, em Zurique, Suíça, construída em 1882. A construção de usinas hidrelétricas de bombeamento na China começou relativamente tarde. A primeira unidade reversível de fluxo oblíquo foi instalada no Reservatório de Gangnan em 1968. Posteriormente, com o rápido desenvolvimento da indústria energética nacional, a capacidade instalada de energia nuclear e termelétrica aumentou rapidamente, exigindo que o sistema elétrico fosse equipado com unidades de bombeamento correspondentes.
Desde a década de 1980, a China iniciou uma intensa construção de usinas hidrelétricas de bombeamento em larga escala. Nos últimos anos, com o rápido desenvolvimento da economia e do setor elétrico do país, foram alcançados importantes avanços científicos e tecnológicos na autonomia dos equipamentos dessas unidades.
Ao final de 2020, a capacidade instalada de geração de energia por bombeamento no meu país era de 31,49 milhões de quilowatts, um aumento de 4,0% em relação ao ano anterior. Em 2020, a capacidade nacional de geração de energia por bombeamento atingiu 33,5 bilhões de kWh, um aumento de 5,0% em relação ao ano anterior; a capacidade de geração de energia por bombeamento recém-adicionada no país foi de 1,2 milhão de kWh. As usinas hidrelétricas por bombeamento do meu país, tanto em operação quanto em construção, ocupam o primeiro lugar no ranking mundial.
A State Grid Corporation of China sempre atribuiu grande importância ao desenvolvimento de usinas hidrelétricas de bombeamento. Atualmente, a State Grid possui 22 usinas hidrelétricas de bombeamento em operação e 30 em construção.
Em 2016, foi iniciada a construção de cinco centrais elétricas reversíveis em Zhen'an, Shaanxi, Jurong, Jiangsu, Qingyuan, Liaoning, Xiamen, Fujian e Fukang, Xinjiang;
Em 2017, foi iniciada a construção de seis centrais eléctricas reversíveis no condado de Yi de Hebei, Zhirui da Mongólia Interior, Ninghai de Zhejiang, Jinyun de Zhejiang, Luoning de Henan e Pingjiang de Hunan;
Em 2019, foi iniciada a construção de cinco centrais eléctricas reversíveis em Funing em Hebei, Jiaohe em Jilin, Qujiang em Zhejiang, Weifang em Shandong e Hami em Xinjiang;
Em 2020, quatro usinas hidrelétricas reversíveis em Shanxi Yuanqu, Shanxi Hunyuan, Zhejiang Pan'an e Shandong Tai'an Fase II iniciarão a construção.
A primeira usina hidrelétrica de bombeamento por bombeamento do meu país com equipamentos unitários totalmente autônomos. Em outubro de 2011, a usina foi concluída com sucesso, demonstrando que meu país dominou com êxito a tecnologia essencial para o desenvolvimento de equipamentos unitários de bombeamento por bombeamento.
Em abril de 2013, a Usina Hidrelétrica de Bombeamento de Xianyou, em Fujian, entrou oficialmente em operação para geração de energia; em abril de 2016, a Usina Hidrelétrica de Bombeamento de Xianju, em Zhejiang, com capacidade instalada de 375.000 quilowatts, foi conectada com sucesso à rede elétrica. O equipamento autônomo de grandes unidades de bombeamento tem sido cada vez mais difundido e aplicado continuamente no meu país.
A primeira usina hidrelétrica reversível de 700 metros do meu país. A capacidade instalada total é de 1,4 milhão de quilowatts. Em 4 de junho de 2021, a Unidade 1 entrou em operação para geração de energia elétrica.
Atualmente em construção, encontra-se a central hidroelétrica de bombeamento com a maior capacidade instalada do mundo. A capacidade instalada total é de 3,6 milhões de quilowatts.
O armazenamento por bombeamento possui características básicas, abrangentes e públicas. Pode participar dos serviços de regulação das novas conexões do sistema elétrico, da fonte, da rede, da carga e do armazenamento, e os benefícios abrangentes são mais significativos. Desempenha funções importantes como estabilizador de fornecimento de energia seguro para o sistema elétrico, balanceador limpo de baixo carbono e regulador de alta eficiência.
A primeira questão é lidar eficazmente com a falta de capacidade de reserva confiável do sistema elétrico sob a penetração de uma alta proporção de novas fontes de energia. Com a vantagem da regulação de pico de capacidade dupla, podemos melhorar a capacidade de regulação de pico de grande porte do sistema elétrico e aliviar o problema de fornecimento de carga de pico causado pela instabilidade das novas fontes de energia, bem como as dificuldades de consumo causadas pelo desenvolvimento em larga escala de novas fontes de energia durante o período, o que pode promover melhor o consumo dessas fontes.
A segunda consiste em lidar eficazmente com a discrepância entre as características de produção da nova energia e a procura de carga, recorrendo à capacidade de ajuste flexível de resposta rápida, para melhor se adaptar à aleatoriedade e volatilidade da nova energia e para satisfazer a necessidade de ajuste flexível resultante da nova energia "dependendo das condições meteorológicas".
A terceira questão é lidar eficazmente com o momento de inércia insuficiente do sistema de energia de alta proporção de novas fontes. Com a vantagem do elevado momento de inércia do gerador síncrono, é possível aumentar eficazmente a capacidade de resistência a perturbações do sistema e manter a estabilidade da frequência.
O quarto objetivo é lidar eficazmente com o potencial impacto na segurança do formato "duplo-alto" no novo sistema de energia, assumir a função de backup de emergência e responder a necessidades repentinas de ajuste a qualquer momento com capacidades de partida e parada rápidas e rampa de potência veloz. Ao mesmo tempo, como uma carga interrompível, pode remover com segurança a carga nominal da unidade de bombeamento com resposta em milissegundos, melhorando a operação segura e estável do sistema.
A quinta medida consiste em lidar eficazmente com os elevados custos de adaptação decorrentes da interligação em larga escala de novas fontes de energia à rede. Através de métodos de operação racionais, combinados com a energia térmica, busca-se reduzir as emissões de carbono e aumentar a eficiência, diminuir o desperdício de energia eólica e solar, promover a alocação de capacidade e melhorar a economia e a operação limpa de todo o sistema.
Fortalecer a otimização e a integração dos recursos de infraestrutura, coordenar a segurança, a qualidade e a gestão do progresso de 30 projetos em construção, promover vigorosamente a construção mecanizada, o controle inteligente e a construção padronizada, otimizar o período de construção e garantir que a capacidade de armazenamento por bombeamento ultrapasse 20 milhões de quilowatts durante o período do “14º Plano Quinquenal” e que a capacidade instalada em operação ultrapasse 70 milhões de quilowatts até 2030.
A segunda medida consiste em trabalhar arduamente na gestão enxuta. Fortalecer as diretrizes de planejamento, com foco na meta de “carbono duplo” e na implementação da estratégia da empresa, elaborando com alta qualidade o plano de desenvolvimento do “14º Plano Quinquenal” para o armazenamento por bombeamento. Otimizar cientificamente os procedimentos de trabalho preliminares do projeto e avançar com o estudo de viabilidade e a aprovação do projeto de forma ordenada. Priorizar a segurança, a qualidade, o prazo de construção e o custo, promovendo vigorosamente a gestão e o controle inteligentes, a construção mecanizada e a construção sustentável de obras de engenharia para garantir que os projetos em andamento possam gerar benefícios o mais rápido possível.
Aprofundar a gestão do ciclo de vida dos equipamentos, aprofundar a pesquisa sobre o serviço das unidades na rede elétrica, otimizar a estratégia de operação das unidades e garantir a operação segura e estável da rede elétrica. Aprofundar a gestão enxuta multidimensional, acelerar a construção de uma cadeia de suprimentos inteligente e moderna, aprimorar o sistema de gestão de materiais, alocar cientificamente capital, recursos, tecnologia, dados e outros fatores de produção, melhorar vigorosamente a qualidade e a eficiência e, de forma abrangente, aprimorar a eficiência da gestão e a eficiência operacional.
A terceira medida consiste em buscar avanços significativos em inovação tecnológica. Isso inclui a implementação aprofundada do "Plano de Ação para um Novo Salto Adiante" para inovação científica e tecnológica, o aumento do investimento em pesquisa científica e o aprimoramento da capacidade de inovação independente. Deve-se ampliar a aplicação da tecnologia de unidades de velocidade variável, fortalecer a pesquisa e o desenvolvimento de unidades de grande capacidade de 400 megawatts, acelerar a construção de laboratórios de modelos de turbinas e bombas e de laboratórios de simulação, e envidar todos os esforços para construir uma plataforma independente de inovação científica e tecnológica.
Otimizar o planejamento da pesquisa científica e a alocação de recursos, fortalecer a pesquisa sobre a tecnologia central de armazenamento por bombeamento e empenhar-se para superar o problema técnico do "gargalo". Aprofundar a pesquisa sobre a aplicação de novas tecnologias, como a "Cadeia Inteligente IoT em Nuvem", implementar de forma abrangente a construção de usinas de energia inteligentes e digitais e acelerar a transformação digital das empresas.
Data da publicação: 07/03/2022
