Быстрое и масштабное развитие и строительство привели к проблемам безопасности, качества и нехватки персонала. Для удовлетворения строительных потребностей новой энергосистемы ежегодно утверждается строительство ряда гидроаккумулирующих электростанций. Необходимые сроки строительства также значительно сократились с 8-10 лет до 4-6 лет. Быстрое развитие и строительство проектов неизбежно повлекут за собой проблемы безопасности, качества и нехватки персонала.
Для решения ряда проблем, вызванных быстрым развитием и строительством проектов, строительным и проектно-управленческим подразделениям необходимо в первую очередь провести технические исследования и практическую работу по механизации и интеллектуализации гражданского строительства гидроаккумулирующих электростанций. Технология тоннелепроходческих машин (ТПМ) внедряется для прокладки большого количества подземных камер, а оборудование ТПМ разрабатывается с учетом особенностей гидроаккумулирующих электростанций, и формулируется строительная техническая схема. С учетом различных сценариев эксплуатации, таких как выемка грунта, транспортировка, крепление и создание арочных конструкций в процессе строительства, разработана схема применения вспомогательных средств для всего процесса механизированного и интеллектуального строительства, проведены исследования по таким темам, как интеллектуальное управление отдельным технологическим оборудованием, автоматизация всей системы строительства, цифровизация строительной информации об оборудовании, беспилотное строительство с дистанционным управлением механическим оборудованием, интеллектуальный анализ качества строительства и т. д., разработаны различные механизированные и интеллектуальные строительные системы и оборудование.
В контексте механизации и интеллектуализации машиностроения и электротехники мы можем проанализировать потребности и возможности применения механизации и интеллектуализации с точки зрения сокращения числа операторов, повышения эффективности работы, снижения производственных рисков и т. д., а также разработать различное механизированное и интеллектуальное строительное оборудование и системы для различных сценариев эксплуатации механизированного и электротехнического оборудования.
Кроме того, технологии 3D-проектирования и моделирования могут быть использованы для предварительного изготовления и моделирования некоторых объектов и оборудования, что позволяет не только выполнить часть работ заранее и сократить сроки строительства на площадке, но и провести функциональную приемку и контроль качества заблаговременно, эффективно повышая уровень управления качеством и безопасностью.
Крупномасштабная эксплуатация электростанции порождает проблему надежной работы, требующую интеллектуального и интенсивного управления. Крупномасштабная эксплуатация гидроаккумулирующих электростанций влечет за собой такие проблемы, как высокие эксплуатационные и технические затраты, нехватка персонала и т. д. Для снижения эксплуатационных и технических затрат ключевым моментом является повышение надежности работы гидроаккумулирующих установок; для решения проблемы нехватки персонала необходимо внедрить интеллектуальное и интенсивное управление работой электростанции.
Для повышения надежности работы энергоблока, с точки зрения выбора типа оборудования и его проектирования, техническим специалистам необходимо глубоко обобщить практический опыт проектирования и эксплуатации гидроаккумулирующих электростанций, провести оптимизацию проектирования, выбор типа и исследования по стандартизации соответствующих подсистем оборудования гидроаккумулирующих электростанций, а также итеративно обновлять их в соответствии с опытом ввода оборудования в эксплуатацию, устранения неисправностей и технического обслуживания. Что касается производства оборудования, то в традиционных гидроаккумулирующих электростанциях некоторые ключевые технологии производства по-прежнему находятся в руках зарубежных производителей. Необходимо провести исследования по локализации этих «дроссельных» устройств и интегрировать в них многолетний опыт эксплуатации и технического обслуживания, чтобы эффективно повысить качество продукции и надежность работы этого ключевого оборудования. В отношении мониторинга работы оборудования техническим специалистам необходимо систематически разрабатывать стандарты конфигурации элементов мониторинга состояния оборудования с точки зрения наблюдаемости и измеримости состояния оборудования, глубоко исследовать стратегии управления оборудованием, стратегии мониторинга состояния и методы оценки состояния на основе требований искробезопасности, создать интеллектуальную платформу анализа и раннего предупреждения для мониторинга состояния оборудования, заблаговременно выявлять скрытые опасности в оборудовании и своевременно осуществлять раннее предупреждение.
Для реализации интеллектуального и интенсивного управления работой электростанции техническим специалистам необходимо проводить исследования в области автоматического управления оборудованием или технологий управления одной кнопкой, чтобы обеспечить полностью автоматический запуск и остановку, а также регулирование нагрузки энергоблока без вмешательства персонала, и, насколько это возможно, реализовать последовательность операций и многомерное интеллектуальное подтверждение; в области инспекции оборудования технические специалисты могут проводить технические исследования в области машинного зрения, машинного слухового восприятия, роботизированной инспекции и других аспектов, а также проводить техническую практику по замене инспекционных машин; в области интенсивной эксплуатации электростанции необходимо проводить исследования и практику в области централизованной технологии мониторинга одного человека на нескольких станциях для эффективного решения проблемы нехватки персонала, вызванной развитием гидроаккумулирующих электростанций.
Миниатюризация гидроаккумулирующих электростанций и интегрированная работа по взаимодополнению нескольких источников энергии обусловлены потреблением большого количества распределенных новых источников энергии. Заметной особенностью новой энергосистемы является наличие большого количества маломасштабных новых источников энергии, рассеянных в различных зонах сети и работающих в низковольтной сети. Для максимального поглощения и использования этих распределенных новых источников энергии и эффективного снижения перегрузки крупной энергосистемы необходимо строить распределенные гидроаккумулирующие электростанции вблизи этих источников, чтобы обеспечить локальное хранение, потребление и использование новой энергии через низковольтные сети. Поэтому необходимо решить проблемы миниатюризации гидроаккумулирующих электростанций и интегрированной работы по взаимодополнению нескольких источников энергии.
Инженерам и техникам необходимо активно проводить исследования по выбору площадки, проектированию и изготовлению, стратегии управления и комплексному применению различных типов распределенных гидроаккумулирующих электростанций, включая малые реверсивные гидроаккумулирующие установки, коаксиальную автономную работу насосов и турбин, совместную работу малых гидроэлектростанций и насосных станций и т. д.; одновременно проводятся исследования и демонстрационные проекты по интегрированной технологии эксплуатации гидроаккумулирующих электростанций и ветро-, солнечно-гидроэнергетических установок с целью разработки технических решений для повышения энергоэффективности и экономической эффективности в новой энергетической системе.
Проблема технического «закупоривания» гидроаккумулирующих электростанций с регулируемой скоростью вращения, адаптированных к высокоэластичной энергосистеме. Гидроаккумулирующие электростанции с регулируемой скоростью вращения обладают такими характеристиками, как быстрая реакция на первичное регулирование частоты, регулируемая входная сила в рабочих условиях насоса, работа на оптимальной кривой, а также высокая чувствительность и большой момент инерции. Для эффективного сдерживания нестабильности и изменчивости энергосистемы, более точной регулировки и поглощения избыточной мощности, вырабатываемой новыми источниками энергии на стороне генерации и потребителя, и лучшего контроля баланса нагрузки в высокоэластичной и взаимодействующей энергосистеме, необходимо увеличить долю гидроаккумулирующих электростанций с регулируемой скоростью вращения в энергосистеме. Однако в настоящее время большинство ключевых технологий гидроаккумулирующих электростанций с регулируемой скоростью вращения все еще находятся в руках зарубежных производителей, и проблема технического «закупоривания» требует решения.
Для реализации независимого управления ключевыми технологиями необходимо сосредоточить отечественные научно-технические силы на глубоком проектировании и разработке генераторных двигателей с регулируемой скоростью и насосных турбин, разработке стратегий и устройств управления преобразователями переменного тока, разработке стратегий и устройств скоординированного управления для агрегатов с регулируемой скоростью, исследовании стратегий управления регуляторами для агрегатов с регулируемой скоростью, исследовании процесса преобразования рабочих условий и интегрированных стратегий управления для агрегатов с регулируемой скоростью, а также на реализации полностью локализованного проектирования, производства и инженерно-демонстрационного применения крупных агрегатов с регулируемой скоростью.
В заключение, в условиях стремительного развития и строительства новых энергетических систем необходимо ускорить исследования в области механизированных и интеллектуальных строительных технологий, интеллектуальных и интенсивных технологий эксплуатации электростанций, а также технологий многоэнергетической взаимодополняющей и интегрированной эксплуатации гидроаккумулирующих электростанций, построить ряд малых и средних гидроаккумулирующих электростанций с распределенной возобновляемой энергией в соответствии с местными условиями, а также активно продвигать локализацию и инженерное применение гидроаккумулирующих установок с регулируемой скоростью вращения. Научно-технические специалисты должны воспользоваться открывающимися возможностями, найти правильное направление исследований и внести свой вклад в строительство новой энергетической системы и реализацию цели «двойного углерода».
Дата публикации: 28 декабря 2022 г.
