As usinas hidrelétricas de bombeamento são a tecnologia mais utilizada e consolidada para armazenamento de energia em larga escala, podendo atingir a capacidade instalada de gigawatts. Atualmente, são as usinas hidrelétricas de bombeamento com o maior nível de desenvolvimento no mundo.
As usinas hidrelétricas de bombeamento possuem tecnologia madura e estável, além de apresentarem altos benefícios em geral. São frequentemente utilizadas para suprir picos de demanda e como fonte de energia de reserva. As usinas hidrelétricas de bombeamento representam a tecnologia mais amplamente utilizada e consolidada em armazenamento de energia em larga escala, podendo atingir a capacidade instalada de gigawatts.
Segundo as estatísticas incompletas do Comitê Profissional de Armazenamento de Energia da Associação Chinesa de Pesquisa Energética, atualmente, a usina hidrelétrica de bombeamento com o desenvolvimento mais consolidado e a maior capacidade instalada do mundo é a usina hidrelétrica de bombeamento com armazenamento. Em 2019, a capacidade global de armazenamento de energia atingiu 180 milhões de kW, e a capacidade instalada das usinas hidrelétricas de bombeamento ultrapassou 170 milhões de kW, representando 94% do armazenamento total de energia global.
Uma central hidrelétrica de bombeamento utiliza a energia gerada durante períodos de baixa demanda na rede elétrica para bombear água até um reservatório elevado, onde será armazenada, e para gerar energia durante os períodos de pico de consumo. Quando a demanda é baixa, a central hidrelétrica de bombeamento atua como consumidora; em períodos de pico de consumo, ela se torna uma usina hidrelétrica.
A unidade de uma Usina Hidrelétrica de Bombeamento possui duas funções básicas: bombeamento e geração de energia. A unidade opera como uma turbina hidráulica durante os períodos de pico de demanda do sistema elétrico. A abertura da pá guia da turbina hidráulica é ajustada por meio do sistema regulador para converter a energia potencial da água em energia mecânica de rotação da unidade, e então a energia mecânica é convertida em energia elétrica pelo gerador;
Quando a carga do sistema elétrico é baixa, ele é utilizado como bomba d'água. A energia elétrica disponível nesse ponto de baixa demanda é usada 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 manométrica da bomba, e a energia elétrica é convertida em energia potencial da água armazenada.
As centrais hidrelétricas de bombeamento são as principais responsáveis pelo corte de picos de demanda, modulação de frequência, operação emergencial e partida a frio do sistema elétrico. Elas podem melhorar e equilibrar a carga do sistema, aumentar a qualidade do fornecimento de energia e os benefícios econômicos, sendo fundamentais para garantir a operação segura, econômica e estável da rede elétrica. Nesse contexto, as centrais hidrelétricas de bombeamento atuam como "estabilizadoras", "reguladoras" e "balanceadoras" para a operação segura da rede elétrica.
A tendência de desenvolvimento das usinas hidrelétricas de bombeamento no mundo é de alta queda d'água, grande capacidade e alta velocidade. Alta queda d'água significa que a unidade está sendo desenvolvida para operar em uma altura de queda d'água maior. Grande capacidade significa que a capacidade de uma única unidade está aumentando. Alta velocidade significa que a unidade adota uma velocidade específica mais alta.
Estrutura e características
As principais construções de uma usina hidrelétrica de bombeamento geralmente incluem o reservatório superior, o reservatório inferior, o sistema de condução de água, a casa de máquinas e outras edificações específicas. Comparadas às usinas hidrelétricas convencionais, as estruturas hidráulicas das usinas de bombeamento apresentam as seguintes características principais:
Existem dois reservatórios. Comparada com usinas hidrelétricas convencionais de mesma capacidade instalada, a capacidade dos reservatórios de usinas hidrelétricas de bombeamento é geralmente pequena.
O nível da água nos reservatórios varia bastante, subindo e descendo frequentemente. Para suprir a demanda de pico e a demanda de energia em vales na rede elétrica, a variação diária do nível da água nos reservatórios das usinas hidrelétricas de bombeamento é geralmente grande, normalmente superior a 10-20 m, e em algumas usinas chega a 30-40 m. Além disso, a taxa de variação do nível da água nos reservatórios é rápida, geralmente de 5-8 m/h, ou até mesmo de 8-10 m/h.
Os requisitos para a impermeabilização de reservatórios são elevados. Se uma usina hidrelétrica de bombeamento puro perder muita água devido a vazamentos no reservatório superior, a geração de energia da usina será reduzida. Portanto, os requisitos para a impermeabilização do reservatório são elevados. Ao mesmo tempo, para evitar a deterioração das condições hidrogeológicas na área do projeto, danos por infiltração e vazamentos concentrados causados pela infiltração de água, requisitos ainda mais rigorosos são impostos à prevenção de infiltrações no reservatório.
A queda d'água é alta. A queda d'água 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 kW, é o primeiro projeto na China 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 kW, é o primeiro projeto na China com seção transversal de 700 metros de queda. Com o desenvolvimento contínuo do nível técnico das usinas hidrelétricas de bombeamento, o número de usinas hidrelétricas de grande capacidade e alta queda na China aumentará cada vez mais.
A cota de instalação da unidade é baixa. 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 têm adotado, em sua maioria, o formato de casa de máquinas subterrânea nos últimos anos.
Data da publicação: 25/04/2022
