S cieľom dosiahnuť cieľ „dosiahnutia vrcholu uhlíkovej stopy, neutralizácie uhlíka“ a vybudovať nový energetický systém, spoločnosť China Southern Power Grid Corporation jasne navrhla do roku 2030 v podstate vybudovať nový energetický systém v južnom regióne a do roku 2060 úplne vybudovať nový energetický systém. V rámci tohto procesu budeme intenzívne rozvíjať prečerpávacie elektrárne. Počas „štrnásteho, pätnásteho a šestnásteho päťročného plánu“ sa plánuje zvýšiť inštalovaný výkon o 6 miliónov kilowattov, 15 miliónov kilowattov a 15 miliónov kilowattov. Do roku 2035 sa budeme snažiť dosiahnuť kapacitu prečerpávacích elektrární v južnom regióne približne 44 miliónov kilowattov, čím sa z nich stane nový typ vyrovnávača porúch energetického systému, vyrovnávača záťaže a stabilizátora elektrickej siete.
Zdroj: Oficiálny účet WeChat „China Energy Media Intelligent Manufacturing“
Autor: Peng Yumin, Výskumný ústav pre skladovanie energie v spoločnosti China Southern Power Grid, ktorá sa zaoberá odstraňovaním špičiek a frekvenčnou moduláciou, spoločnosť Power Generation Co., Ltd.
Hlavné vlastnosti nového energetického systému
V novom energetickom systéme dominuje čistá energia a podiel novej energie na spotrebe energie bude naďalej rásť, pričom sa postupne vytvorí forma využitia energie s novou energiou, vodnou a jadrovou energiou ako hlavnou formou výroby energie. Podiel spotreby fosílnej energie sa bude postupne znižovať, aby sa dosiahol cieľ uhlíkovej neutrality, a zostávajúca inštalovaná kapacita fosílnej energie sa bude používať ako záložný zdroj energie pre nový energetický systém. V novom energetickom systéme bude nová energia pripojená k elektrickej sieti centralizovaným a distribuovaným spôsobom. Pokiaľ ide o centralizovaný prístup, južný región sa snaží do roku 2025 dosiahnuť výrobu veternej energie na pevnine s kapacitou viac ako 24 miliónov kilowattov, výrobu veternej energie na mori s kapacitou viac ako 20 miliónov kilowattov a výrobu fotovoltaickej energie s kapacitou viac ako 56 miliónov kilowattov. Pokiaľ ide o distribuovaný prístup, v rôznych regiónoch sa budú podľa miestnych podmienok budovať distribuované zdroje energie s malou kapacitou, nízkou úrovňou napätia v prístupovej sieti a možnosťou spotreby v blízkosti.
V novom energetickom systéme s novou energiou ako hlavným zdrojom je skutočný výkon nových zariadení na výrobu energie výrazne ovplyvnený meteorologickým prostredím, ktoré má zjavné charakteristiky náhodnosti, volatility a prerušovanosti. Široké využitie substitúcie elektrickej energie, zariadení na skladovanie energie v domácnostiach a inteligentných domácností spôsobuje, že záťaž na strane používateľa sa vyvíja diverzifikovaným a interaktívnym smerom a používateľský terminál vstupuje do nového režimu, ktorý je zároveň spotrebiteľom aj výrobcom. Nový energetický systém s novou energiou ako hlavným zdrojom predstavuje charakteristiky „dvojitého maxima“ s vysokým podielom novej energie a vysokým podielom výkonových elektronických zariadení. Aby sa zvládli rozsiahle výkyvy novej energie a rôzne extrémne situácie, je potrebné zosúladiť inštalovanú kapacitu prečerpávacích elektrární s príslušnou mierkou podľa inštalovanej kapacity a rozsahu výkonu novej energie. Pri abnormálnom výkone novej energie by prečerpávacie elektrárne mali čo najviac udržiavať stav novej energetickej sústavy v sieti a zabrániť transformácii novej energetickej sústavy na tradičnú energetickú sústavu. Preto bude vývoj a výstavba prečerpávacích elektrární rýchlejšia a rozsiahlejšia.
Problémy a protiopatrenia rýchleho a rozsiahleho rozvoja prečerpávacích elektrární
Rýchly a rozsiahly rozvoj a výstavba priniesli problémy s bezpečnosťou, kvalitou a nedostatkom personálu. Aby sa splnili stavebné potreby novej energetickej sústavy, každý rok sa schvaľuje výstavba viacerých prečerpávacích elektrární. Požadovaná doba výstavby sa tiež výrazne skrátila z 8 – 10 rokov na 4 – 6 rokov. Rýchly rozvoj a výstavba projektu nevyhnutne prinesie problémy s bezpečnosťou, kvalitou a nedostatkom personálu.
Aby sa vyriešil rad problémov spôsobených rýchlym rozvojom a výstavbou projektov, stavebné a projektové riadiace jednotky musia najprv vykonať technický výskum a prax v oblasti mechanizácie a inteligencie stavebného inžinierstva prečerpávacích elektrární. Na razenie veľkého množstva podzemných jaskýň sa zavádza technológia TBM (Tunnel Boring Machine) a zariadenie TBM sa vyvíja v kombinácii s charakteristikami prečerpávacích elektrární a formuluje sa stavebno-technická schéma. Vzhľadom na rôzne prevádzkové scenáre, ako sú výkopové práce, preprava, podopretie a obrátený oblúk počas stavebnej výstavby, sa vyvinula podporná aplikačná schéma pre celý proces mechanizovanej a inteligentnej výstavby a vykonal sa výskum v oblastiach, ako je inteligentná prevádzka jednotlivých procesných zariadení, automatizácia celého stavebného systému, digitalizácia informácií o výstavbe zariadení, bezobslužná výstavba diaľkovo ovládaných mechanických zariadení, inteligentná analýza vnímania kvality výstavby atď. Vyvíjať rôzne mechanizované a inteligentné stavebné zariadenia a systémy.
Pokiaľ ide o mechanizáciu a inteligenciu v strojárstve a elektrotechnike, vieme analyzovať požiadavky na aplikácie a možnosti mechanizácie a inteligencie z hľadiska zníženia počtu operátorov, zlepšenia efektivity práce, zníženia pracovných rizík atď. a vyvíjať rôzne stavebné zariadenia a systémy pre mechanizáciu a inteligenciu v strojárstve a elektrotechnike pre rôzne prevádzkové scenáre inštalácie mechanických a elektrických zariadení.
Okrem toho sa technológia 3D inžinierskeho návrhu a simulácie môže použiť aj na prefabrikáciu a simuláciu niektorých zariadení a vybavenia vopred, čo môže nielen dokončiť časť práce vopred, skrátiť dobu výstavby na mieste, ale aj vykonať funkčné prijatie a kontrolu kvality vopred, čím sa efektívne zlepší úroveň riadenia kvality a bezpečnosti.
Prevádzka elektrární vo veľkom rozsahu prináša problém spoľahlivej prevádzky, inteligentného a intenzívneho dopytu. Prevádzka prečerpávacích elektrární vo veľkom rozsahu spôsobí problémy, ako sú vysoké náklady na prevádzku a údržbu, nedostatok personálu atď. Na zníženie nákladov na prevádzku a údržbu je kľúčom k zlepšeniu prevádzkovej spoľahlivosti prečerpávacích elektrární. Na vyriešenie problému nedostatku personálu je potrebné realizovať inteligentné a intenzívne riadenie prevádzky elektrárne.
Na zlepšenie prevádzkovej spoľahlivosti bloku, pokiaľ ide o výber a návrh typu zariadenia, musia technici dôkladne zhrnúť praktické skúsenosti s návrhom a prevádzkou prečerpávacích elektrární, vykonať optimalizačný návrh, výskum výberu typu a štandardizácie príslušných subsystémov zariadení prečerpávacích elektrární a iteratívne ich aktualizovať podľa skúseností s uvádzaním zariadení do prevádzky, riešením porúch a údržbou. Pokiaľ ide o výrobu zariadení, tradičné prečerpávacie jednotky majú stále niektoré kľúčové technológie výroby zariadení v rukách zahraničných výrobcov. Je potrebné vykonať lokalizačný výskum týchto „tlmivých“ zariadení a integrovať do nich dlhoročné skúsenosti a stratégie prevádzky a údržby, aby sa efektívne zlepšila kvalita produktu a prevádzková spoľahlivosť týchto kľúčových zariadení. Pokiaľ ide o monitorovanie prevádzky zariadení, technici musia systematicky formulovať štandardy konfigurácie prvkov monitorovania stavu zariadení z hľadiska pozorovateľnosti a merateľnosti stavu zariadení, dôkladne vykonať výskum stratégií riadenia zariadení, stratégií monitorovania stavu a metód hodnotenia stavu na základe požiadaviek na vnútornú bezpečnosť, vybudovať inteligentnú platformu pre analýzu a včasné varovanie pre monitorovanie stavu zariadení, včas nájsť skryté nebezpečenstvá v zariadeniach a včas vykonať včasné varovanie.
Aby sa dosiahlo inteligentné a intenzívne riadenie prevádzky elektrárne, technici musia vykonať výskum v oblasti automatického riadenia zariadení alebo jednej kľúčovej prevádzkovej technológie z hľadiska riadenia a prevádzky zariadení, aby sa dosiahlo plne automatické spustenie a vypínanie a regulácia zaťaženia jednotky bez zásahu personálu a aby sa v čo najväčšej možnej miere realizovalo sled operácií a viacrozmerné inteligentné potvrdzovanie. Pokiaľ ide o kontrolu zariadení, technici môžu vykonávať technický výskum vnímania strojovým videním, sluchovým vnímaním strojovým videním, kontrolu robotov a ďalšie aspekty a vykonávať technickú prax pri výmene kontrolných strojov. V podmienkach intenzívnej prevádzky elektrárne je potrebné vykonať výskum a prax v oblasti centralizovanej monitorovacej technológie jednej osoby a viacerých elektrární, aby sa efektívne vyriešil problém nedostatku ľudských zdrojov v prevádzke spôsobený rozvojom prečerpávacích elektrární.
Miniaturizácia prečerpávacích elektrární a integrovaná prevádzka viacenergetického dopĺňania spôsobená spotrebou veľkého počtu distribuovaných nových zdrojov energie. Pozoruhodnou črtou nového energetického systému je, že existuje veľké množstvo malých nových energetických zdrojov rozptýlených v rôznych oblastiach siete, ktoré pracujú v nízkonapäťovej sieti. Aby sa tieto distribuované nové zdroje energie čo najviac absorbovali a využili a efektívne sa zmiernilo preťaženie veľkej energetickej siete, je potrebné vybudovať distribuované prečerpávacie elektrárne v blízkosti distribuovaných nových zdrojov energie, aby sa realizovalo lokálne ukladanie, spotreba a využitie novej energie prostredníctvom nízkonapäťových elektrických sietí. Preto je potrebné vyriešiť problémy miniaturizácie prečerpávacích elektrární a integrovanej prevádzky viacenergetického dopĺňania.
Je nevyhnutné, aby inžinieri a technici intenzívne vykonávali výskum v oblasti výberu lokality, návrhu a výroby, stratégie riadenia a integrovaného použitia viacerých typov distribuovaných prečerpávacích elektrární vrátane malých reverzibilných prečerpávacích elektrární, koaxiálnej nezávislej prevádzky čerpadiel a turbín, spoločnej prevádzky malých vodných elektrární a čerpacích staníc atď. Zároveň sa vykonáva výskum a demonštrácia projektov integrovanej technológie prevádzky prečerpávacích elektrární a veternej, svetelnej a vodnej energie s cieľom navrhnúť technické riešenia pre skúmanie energetickej účinnosti a ekonomickej interakcie v novom energetickom systéme.
Problém technického „ucpávania“ prečerpávacích akumulačných jednotiek s premenlivou rýchlosťou prispôsobených vysoko elastickej energetickej sieti. Prečerpávacie akumulačné jednotky s premenlivou rýchlosťou sa vyznačujú rýchlou odozvou na reguláciu primárnej frekvencie, nastaviteľnou vstupnou silou za prevádzkových podmienok čerpadla a prevádzkou jednotky na optimálnej krivke, ako aj citlivou odozvou a vysokým momentom zotrvačnosti. Aby sa účinne obmedzila náhodnosť a volatilita energetickej siete, presnejšie sa upravovala a absorbovala prebytočná energia generovaná novou energiou na strane výroby a na strane používateľa a lepšie sa riadilo rozloženie záťaže vysoko elastickej a interaktívnej energetickej siete, je potrebné zvýšiť podiel jednotiek s premenlivou rýchlosťou v energetickej sieti. V súčasnosti je však väčšina kľúčových technológií pre čerpacie a akumulačné jednotky vody s premenlivou rýchlosťou stále v rukách zahraničných výrobcov a problém technického „ucpávania“ je potrebné vyriešiť.
Aby sa dosiahlo nezávislé riadenie kľúčových základných technológií, je potrebné sústrediť domáce vedeckovýskumné a technické sily na dôkladné vykonanie návrhu a vývoja generátorových motorov a čerpacích turbín s premenlivou rýchlosťou, vývoj stratégií a zariadení riadenia pre meniče striedavého budenia, vývoj koordinovaných stratégií a zariadení riadenia pre jednotky s premenlivou rýchlosťou, výskum stratégií riadenia regulátorov pre jednotky s premenlivou rýchlosťou, výskum procesu konverzie prevádzkových podmienok a integrovaných stratégií riadenia pre jednotky s premenlivou rýchlosťou, realizáciu plne lokalizovaného návrhu, výroby a demonštračnej aplikácie inžinierstva veľkých jednotiek s premenlivou rýchlosťou.
Čas uverejnenia: 9. decembra 2022
