Para ajudar a atingir a meta de "pico de carbono, neutralização de carbono" e construir um novo sistema elétrico, a China Southern Power Grid Corporation propôs claramente construir um novo sistema elétrico na região sul até 2030 e construir um novo sistema elétrico completo até 2060. Nesse processo, desenvolveremos vigorosamente o armazenamento bombeado. Está planejado aumentar a capacidade instalada para 6 milhões de quilowatts, 15 milhões de quilowatts e 15 milhões de quilowatts, respectivamente, durante os períodos do "Décimo Quarto, Décimo Quinto e Décimo Sexto Plano Quinquenal". Nos esforçaremos para atingir cerca de 44 milhões de quilowatts de capacidade de armazenamento bombeado na região sul até 2035, tornando-o um novo tipo de balanceador de perturbações do sistema elétrico, balanceador de carga e estabilizador da rede elétrica.
Fonte: Conta oficial do WeChat “China Energy Media Intelligent Manufacturing”
Autor: Peng Yumin, Instituto de Pesquisa de Armazenamento de Energia da China Southern Power Grid, Pico de redução e modulação de frequência, Power Generation Co., Ltd.
Principais características do novo sistema de energia
O novo sistema de energia é dominado por energia limpa, e a proporção de nova energia no consumo de energia continuará a aumentar, formando gradualmente uma forma de utilização de energia com nova energia, energia hidrelétrica e energia nuclear como a principal forma de geração de energia. A proporção do consumo de energia fóssil será gradualmente reduzida para atingir a meta de neutralidade de carbono, e a capacidade instalada restante de energia fóssil será usada como fonte de alimentação de reserva do novo sistema de energia. No novo sistema de energia, a nova energia será conectada à rede elétrica de forma centralizada e distribuída. Em termos de acesso centralizado, a região sul se esforça para atingir energia eólica onshore de mais de 24 milhões de quilowatts, energia eólica offshore de mais de 20 milhões de quilowatts e acesso fotovoltaico de mais de 56 milhões de quilowatts até 2025. Em termos de acesso distribuído, fontes de energia distribuídas com pequena capacidade, baixo nível de tensão de acesso à rede e que possam ser consumidas nas proximidades serão construídas em várias regiões de acordo com as condições locais.
No novo sistema elétrico com nova energia como corpo principal, a produção real de novos equipamentos de geração de energia é fortemente afetada pelo ambiente meteorológico, que possui características óbvias de aleatoriedade, volatilidade e intermitência. A ampla aplicação de substituição de energia elétrica, equipamentos de armazenamento de energia residencial e casas inteligentes faz com que a carga do lado do usuário se desenvolva em uma direção diversificada e interativa, e o terminal do usuário entra em um novo modo que é tanto consumidor quanto produtor. O novo sistema elétrico com nova energia como corpo principal apresenta as características de "duplo alto" de alta proporção de nova energia e alta proporção de equipamentos eletrônicos de potência. Para lidar com as flutuações em larga escala de nova energia e diversas situações extremas, é necessário adequar a capacidade instalada de armazenamento bombeado à escala correspondente, de acordo com a capacidade instalada e a escala de produção de nova energia. Quando a produção de nova energia for anormal, o armazenamento bombeado deve manter o estado do novo sistema elétrico da rede o máximo possível e evitar a transformação do novo sistema elétrico em um sistema elétrico tradicional. Portanto, o desenvolvimento e a construção de usinas de armazenamento bombeado serão mais rápidos e em maior escala.
Problemas e contramedidas do desenvolvimento rápido e em larga escala do armazenamento bombeado
O rápido e amplo desenvolvimento e construção trouxeram problemas de segurança, qualidade e escassez de pessoal. Para atender às necessidades de construção do novo sistema elétrico, diversas usinas hidrelétricas reversíveis foram aprovadas para construção todos os anos. O prazo de construção necessário também foi significativamente reduzido de 8 a 10 anos para 4 a 6 anos. O rápido desenvolvimento e construção do projeto inevitavelmente causarão problemas de segurança, qualidade e escassez de pessoal.
Para solucionar uma série de problemas decorrentes do rápido desenvolvimento e construção de projetos, as unidades de construção e gerenciamento de projetos precisam, primeiramente, realizar pesquisas técnicas e práticas sobre mecanização e inteligência da engenharia civil de usinas hidrelétricas reversíveis. A tecnologia TBM (Tunnel Boring Machine) é introduzida para a escavação de um grande número de cavernas subterrâneas, e o equipamento TBM é desenvolvido em combinação com as características da usina hidrelétrica reversível, e um esquema técnico de construção é formulado. Considerando vários cenários operacionais, como escavação, transporte, suporte e arco invertido durante a construção civil, um esquema de aplicação de suporte para todo o processo de construção mecanizada e inteligente foi desenvolvido, e pesquisas foram realizadas em tópicos como operação inteligente de equipamentos de processo único, automação de todo o sistema de construção do processo, digitalização de informações de construção de equipamentos, construção não tripulada de equipamentos mecânicos de controle remoto, análise de percepção inteligente da qualidade da construção, etc. Desenvolver vários equipamentos e sistemas de construção mecanizados e inteligentes.
Em termos de mecanização e inteligência de engenharia mecânica e elétrica, podemos analisar a demanda de aplicação e a possibilidade de mecanização e inteligência sob os aspectos de redução de operadores, melhoria da eficiência do trabalho, redução de riscos de trabalho, etc., e desenvolver vários equipamentos e sistemas de construção de mecanização e inteligência de engenharia mecânica e elétrica para vários cenários de operação de instalação de equipamentos mecânicos e elétricos.
Além disso, a tecnologia de simulação e projeto de engenharia 3D também pode ser usada para pré-fabricar e simular algumas instalações e equipamentos com antecedência, o que pode não apenas concluir parte do trabalho com antecedência, encurtar o período de construção no local, mas também realizar a aceitação funcional e o controle de qualidade com antecedência, melhorando efetivamente o nível de gestão de qualidade e segurança.
A operação em larga escala de usinas hidrelétricas traz consigo o problema da confiabilidade operacional, da demanda inteligente e intensiva. A operação em larga escala de usinas hidrelétricas reversíveis acarretará problemas como altos custos de operação e manutenção, escassez de pessoal, etc. Para reduzir os custos de operação e manutenção, a chave é melhorar a confiabilidade operacional das unidades hidrelétricas reversíveis. Para resolver o problema da escassez de pessoal, é necessário implementar uma gestão operacional inteligente e intensiva da usina.
Para melhorar a confiabilidade operacional da unidade, em termos de seleção e projeto do tipo de equipamento, os técnicos precisam resumir profundamente a experiência prática em projeto e operação de usinas hidrelétricas reversíveis, realizar pesquisas de otimização de projeto, seleção de tipo e padronização dos subsistemas de equipamentos relevantes das usinas hidrelétricas reversíveis e atualizá-las iterativamente de acordo com a experiência em comissionamento, tratamento de falhas e manutenção dos equipamentos. Em termos de fabricação de equipamentos, as unidades hidrelétricas reversíveis tradicionais ainda possuem algumas tecnologias-chave de fabricação de equipamentos nas mãos de fabricantes estrangeiros. É necessário realizar pesquisas de localização desses equipamentos "estranguladores" e integrar anos de experiência e estratégias de operação e manutenção a eles, a fim de melhorar efetivamente a qualidade do produto e a confiabilidade operacional desses equipamentos essenciais. Em termos de monitoramento da operação do equipamento, os técnicos precisam formular sistematicamente padrões de configuração dos elementos de monitoramento do status do equipamento sob a perspectiva da observabilidade e mensurabilidade do status do equipamento, realizar pesquisas aprofundadas sobre estratégias de controle de equipamentos, estratégias de monitoramento de status e métodos de avaliação de integridade com base em requisitos de segurança intrínseca, construir uma plataforma inteligente de análise e alerta precoce para o monitoramento do status do equipamento, encontrar perigos ocultos no equipamento com antecedência e conduzir alertas precoces em tempo hábil.
Para realizar o gerenciamento inteligente e intensivo da operação da usina, os técnicos precisam realizar pesquisas sobre o controle automático do equipamento ou uma tecnologia de operação chave em termos de controle e operação do equipamento, de modo a realizar a inicialização e o desligamento totalmente automáticos e a regulação de carga da unidade sem intervenção de pessoal, e realizar o sequenciamento da operação e a confirmação inteligente multidimensional na medida do possível; Em termos de inspeção do equipamento, os técnicos podem realizar pesquisas técnicas sobre percepção de visão de máquina, percepção auditiva de máquina, inspeção de robôs e outros aspectos, e realizar prática técnica sobre substituição de máquinas de inspeção; Em termos de operação intensiva da usina, é necessário realizar pesquisas e práticas sobre tecnologia de monitoramento centralizado de uma pessoa e várias usinas para resolver efetivamente o problema da escassez de recursos humanos em serviço causado pelo desenvolvimento de usinas de energia de armazenamento bombeado.
A miniaturização do armazenamento bombeado e a operação integrada da complementação multienergética são proporcionadas pelo consumo de um grande número de novas fontes de energia distribuídas. Uma característica marcante do novo sistema elétrico é que há um grande número de novas fontes de energia de pequena escala espalhadas em várias áreas da rede, operando na rede de baixa tensão. Para absorver e utilizar essas novas fontes de energia distribuídas o máximo possível e efetivamente aliviar o congestionamento de energia da grande rede elétrica, é necessário construir unidades de armazenamento bombeado distribuídas perto das novas fontes de energia distribuídas para realizar o armazenamento local, o consumo e a utilização de nova energia por meio de redes elétricas de baixa tensão. Portanto, é necessário resolver os problemas de miniaturização do armazenamento bombeado e a operação integrada da complementação multienergética.
É necessário que engenheiros e técnicos realizem pesquisas vigorosas sobre seleção de local, projeto e fabricação, estratégia de controle e aplicação integrada de vários tipos de usinas de energia de armazenamento bombeado distribuídas, incluindo pequenas unidades de armazenamento bombeado reversíveis, operação coaxial independente de bombas e turbinas, operação conjunta de pequenas usinas hidrelétricas e estações de bombeamento, etc. Ao mesmo tempo, pesquisas e demonstrações de projetos sobre a tecnologia de operação integrada de armazenamento bombeado e energia eólica, leve e hidrelétrica são realizadas para propor soluções técnicas para a exploração de eficiência energética e interação econômica no novo sistema de energia.
O problema do "estrangulamento" técnico de unidades de armazenamento bombeado de velocidade variável adaptadas a uma rede elétrica de alta elasticidade. As unidades de armazenamento bombeado de velocidade variável apresentam as características de resposta rápida à regulação de frequência primária, força de entrada ajustável sob condições de trabalho da bomba e a unidade operando na curva ideal, bem como resposta sensível e alto momento de inércia. A fim de efetivamente conter a aleatoriedade e a volatilidade da rede elétrica, ajustar e absorver com mais precisão o excesso de energia gerado pela nova energia do lado da geração e do lado do usuário, e controlar melhor o balanço de carga da rede elétrica altamente elástica e interativa, é necessário aumentar a proporção de unidades de velocidade variável na rede elétrica. No entanto, atualmente, a maioria das principais tecnologias de unidades de bombeamento e armazenamento de água de velocidade variável ainda está nas mãos de fabricantes estrangeiros, e o problema do "estrangulamento" técnico precisa ser resolvido.
Para realizar o controle independente das principais tecnologias essenciais, é necessário concentrar a pesquisa científica nacional e as forças técnicas para realizar profundamente o projeto e o desenvolvimento de motores de geradores de velocidade variável e turbinas de bomba, o desenvolvimento de estratégias de controle e dispositivos para conversores de excitação CA, o desenvolvimento de estratégias de controle coordenado e dispositivos para unidades de velocidade variável, a pesquisa de estratégias de controle do regulador para unidades de velocidade variável, a pesquisa do processo de conversão de condições de trabalho e estratégias de controle integradas para unidades de velocidade variável, realizar o projeto de localização completa e a fabricação e a aplicação de demonstração de engenharia de grandes unidades de velocidade variável.
Horário da publicação: 09/12/2022
