O desenvolvimento e a construção em larga escala e em ritmo acelerado acarretaram problemas de segurança, qualidade e escassez de pessoal. Para atender às necessidades de construção do novo sistema elétrico, diversas usinas hidrelétricas de bombeamento têm sido aprovadas para construção todos os anos. O prazo de construção também foi significativamente reduzido, de 8 a 10 anos para 4 a 6 anos. O rápido desenvolvimento e a construção do projeto inevitavelmente acarretarão 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 gestão de projetos precisam, em primeiro lugar, realizar pesquisas técnicas e práticas sobre a mecanização e a inteligência da engenharia civil de usinas hidrelétricas de bombeamento. A tecnologia TBM (Tunnel Boring Machine - Máquina Perfuradora de Túneis) 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 de bombeamento, sendo formulado um plano técnico de construção. Considerando os diversos cenários de operação, como escavação, transporte, sustentação e arco invertido durante a construção civil, foi desenvolvido um plano de aplicação de suporte para todo o processo de construção mecanizada e inteligente, e pesquisas foram realizadas em tópicos como operação inteligente de equipamentos de processo individuais, automação de todo o sistema de construção, digitalização das informações de construção dos equipamentos, construção não tripulada de equipamentos mecânicos controlados remotamente, análise de percepção inteligente da qualidade da construção, etc., desenvolvendo diversos equipamentos e sistemas de construção mecanizados e inteligentes.
Em termos de mecanização e inteligência na engenharia mecânica e elétrica, podemos analisar a demanda e a possibilidade de aplicação da mecanização e da inteligência sob a perspectiva da redução do número de operadores, do aumento da eficiência do trabalho, da redução dos riscos ocupacionais, etc., e desenvolver diversos equipamentos e sistemas de construção mecanizados e inteligentes para engenharia mecânica e elétrica, adequados a vários cenários de operação de instalação de equipamentos mecânicos e elétricos.
Além disso, a tecnologia de projeto e simulação de engenharia 3D também pode ser usada para pré-fabricar e simular algumas instalações e equipamentos com antecedência, o que não só permite concluir parte do trabalho antecipadamente e reduzir o tempo de construção no local, como também possibilita realizar a aceitação funcional e o controle de qualidade previamente, melhorando efetivamente o nível de gestão da qualidade e da segurança.
A operação em larga escala de usinas hidrelétricas traz consigo o desafio de garantir operação confiável, inteligente e intensiva. A operação em larga escala de usinas hidrelétricas de bombeamento acarreta 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 de bombeamento; para solucionar 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 de equipamentos, os técnicos precisam sintetizar profundamente a experiência prática em projeto e operação de usinas hidrelétricas de bombeamento, realizar pesquisas de otimização de projeto, seleção de tipos e padronização em subsistemas de equipamentos relevantes dessas usinas e atualizá-los iterativamente de acordo com a experiência em comissionamento, tratamento de falhas e manutenção dos equipamentos. Em termos de fabricação de equipamentos, as unidades de bombeamento tradicionais ainda possuem algumas tecnologias-chave de fabricação de equipamentos nas mãos de fabricantes estrangeiros. É necessário realizar pesquisas de nacionalização nesses equipamentos críticos e integrar anos de experiência e estratégias de operação e manutenção, a fim de melhorar efetivamente a qualidade do produto e a confiabilidade operacional desses equipamentos essenciais. Em termos de monitoramento da operação dos equipamentos, os técnicos precisam formular sistematicamente padrões de configuração de elementos de monitoramento do status dos equipamentos, considerando a observabilidade e a mensurabilidade do status dos equipamentos, 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 dos equipamentos, identificar riscos ocultos nos equipamentos com antecedência e emitir alertas precoces em tempo hábil.
Para alcançar uma gestão operacional inteligente e intensiva da usina, os técnicos precisam realizar pesquisas sobre controle automático de equipamentos ou tecnologia de operação com um único botão, visando o controle e a operação de equipamentos. O objetivo é realizar a partida e a parada totalmente automáticas, bem como a regulação de carga da unidade sem intervenção humana, além de implementar, na medida do possível, o sequenciamento de operações e a confirmação inteligente multidimensional. Em termos de inspeção de equipamentos, os técnicos podem realizar pesquisas técnicas sobre percepção visual por máquina, percepção auditiva por máquina, inspeção por robôs e outros aspectos, e realizar práticas técnicas na substituição de máquinas de inspeção. Para a operação intensiva da usina, é necessário realizar pesquisas e práticas sobre tecnologia de monitoramento centralizado por uma única pessoa e em múltiplas instalações, a fim de solucionar efetivamente o problema da escassez de recursos humanos em serviço, decorrente do desenvolvimento de usinas hidrelétricas de bombeamento.
A miniaturização do armazenamento por bombeamento e a operação integrada de complementação multienergética são impulsionadas pelo consumo de um grande número de fontes de energia renováveis distribuídas. Uma característica notável do novo sistema de energia é a presença de um grande número de pequenas fontes de energia renováveis dispersas em diversas áreas da rede, operando em baixa tensão. Para absorver e utilizar ao máximo essas fontes de energia renováveis distribuídas e aliviar efetivamente a sobrecarga da rede elétrica principal, é necessário construir unidades de armazenamento por bombeamento distribuídas próximas às fontes de energia renováveis distribuídas, a fim de viabilizar o armazenamento, o consumo e a utilização local de energia renovável por meio de redes elétricas de baixa tensão. Portanto, é necessário solucionar os problemas de miniaturização do armazenamento por bombeamento e de operação integrada de complementação multienergética.
É necessário que engenheiros e técnicos realizem pesquisas intensivas sobre seleção de locais, projeto e fabricação, estratégia de controle e aplicação integrada de múltiplos tipos de usinas hidrelétricas de bombeamento distribuídas, incluindo pequenas unidades reversíveis de bombeamento, operação coaxial independente de bombas e turbinas, operação conjunta de pequenas centrais hidrelétricas e estações de bombeamento, etc.; Ao mesmo tempo, pesquisas e demonstrações de projetos sobre a tecnologia de operação integrada de armazenamento por bombeamento e energia eólica, solar e hidrelétrica são realizadas para propor soluções técnicas para a exploração da eficiência energética e da interação econômica no novo sistema de energia.
O problema do "estrangulamento" técnico das unidades de bombeamento e armazenamento de água de velocidade variável adaptadas à rede elétrica de alta elasticidade. As unidades de bombeamento e armazenamento de água de velocidade variável apresentam características como resposta rápida à regulação primária de frequência, força de entrada ajustável sob as condições de operação da bomba e funcionamento na curva ideal, além de resposta sensível e alto momento de inércia. Para reduzir eficazmente a aleatoriedade e a volatilidade da rede elétrica, ajustar e absorver com maior precisão o excesso de energia gerada pela nova fonte de energia tanto na geração quanto no consumo, e controlar melhor o equilíbrio 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 maior parte das tecnologias-chave para 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 alcançar o controle independente de tecnologias-chave essenciais, é necessário concentrar os esforços científicos e técnicos nacionais em pesquisa e desenvolvimento de motores geradores de velocidade variável e turbinas de bombas, no desenvolvimento de estratégias e dispositivos de controle para conversores de excitação CA, no desenvolvimento de estratégias e dispositivos de controle coordenado para unidades de velocidade variável, na pesquisa de estratégias de controle de reguladores para unidades de velocidade variável, na pesquisa do processo de conversão de condições de trabalho e em estratégias de controle integrado para unidades de velocidade variável, visando a completa localização do projeto, fabricação e aplicação de demonstração em engenharia de grandes unidades de velocidade variável.
Em resumo, com o rápido desenvolvimento e construção de novos sistemas de energia, é necessário acelerar a pesquisa em tecnologias de construção mecanizada e inteligente, tecnologia de operação inteligente e intensiva de usinas hidrelétricas e tecnologia de operação complementar e integrada de múltiplas energias em usinas hidrelétricas de bombeamento, construir diversas usinas hidrelétricas de bombeamento de pequeno e médio porte com geração distribuída de novas energias, de acordo com as condições locais, e promover vigorosamente a localização e a aplicação prática de unidades de bombeamento de velocidade variável. Os profissionais de ciência e tecnologia devem aproveitar a oportunidade de desenvolvimento, encontrar a direção correta de pesquisa e contribuir de forma significativa para a construção de um novo sistema de energia e para a concretização da meta de “carbono duplo”.
Data da publicação: 28/12/2022
