Črpalne hidroelektrarne so najbolj razširjena in zrela tehnologija za shranjevanje energije v velikem obsegu, nameščena zmogljivost elektrarn pa lahko doseže gigavate. Trenutno je najzrelejši in največji nameščeni sistem za shranjevanje energije na svetu črpalna hidroelektrarna.
Tehnologija črpalnega skladiščenja je zrela in stabilna, z visokimi celovitimi prednostmi in se pogosto uporablja za regulacijo konic in rezervno delovanje. Črpalno skladiščenje je najpogosteje uporabljena in zrela tehnologija za shranjevanje energije v velikem obsegu, nameščena zmogljivost elektrarn pa lahko doseže gigavate.
Glede na nepopolno statistiko Strokovnega odbora za shranjevanje energije Kitajskega združenja za energetske raziskave so črpalne hidroelektrarne trenutno najbolj zrel in največji nameščeni sistem za shranjevanje energije na svetu. Leta 2019 je svetovna operativna zmogljivost shranjevanja energije dosegla 180 milijonov kilovatov, nameščena zmogljivost črpalnih hidroelektrarn pa je presegla 170 milijonov kilovatov, kar predstavlja 94 % celotnega svetovnega shranjevanja energije.
Črpalne elektrarne uporabljajo električno energijo, proizvedeno v obdobju nizke obremenitve elektroenergetskega sistema, za črpanje vode na višje mesto za shranjevanje in sproščanje vode za proizvodnjo električne energije v obdobjih konic. Ko je obremenitev nizka, je uporabnik črpalna elektrarna; ko je obremenitev konica, je to elektrarna.
Črpalna elektrarna ima dve osnovni funkciji: črpanje vode in proizvodnjo električne energije. Enota deluje kot vodna turbina, ko je obremenitev elektroenergetskega sistema največja. Odprtje vodilne lopute vodne turbine se prilagaja s sistemom regulatorja, potencialna energija vode pa se pretvori v mehansko energijo vrtenja enote, nato pa se mehanska energija prek generatorja pretvori v električno energijo;
Ko je obremenitev elektroenergetskega sistema nizka, se vodna črpalka uporablja za črpanje vode iz spodnjega rezervoarja v zgornji rezervoar. Z avtomatskim nastavljanjem regulatorja se odprtina vodilnih lopatic samodejno prilagodi dvigu črpalke, električna energija pa se pretvori v vodno potencialno energijo in shrani.
Črpalne elektrarne so v glavnem odgovorne za regulacijo konic, regulacijo frekvence, zasilno varnostno kopiranje in zagon elektroenergetskega sistema brez napajanja, kar lahko izboljša in uravnoteži obremenitev elektroenergetskega sistema, izboljša kakovost oskrbe z električno energijo in ekonomske koristi elektroenergetskega sistema ter je hrbtenica za zagotavljanje varnega, ekonomičnega in stabilnega delovanja elektroenergetskega omrežja. Črpalne elektrarne so pri varnem delovanju elektroenergetskih omrežij znane kot "stabilizatorji", "regulatorji" in "uravnoteževalci".
Razvojni trend svetovnih črpalnih elektrarn je visok padec, velika zmogljivost in visoka hitrost. Visok padec pomeni, da se enota razvija do višjega padec, velika zmogljivost pomeni, da se zmogljivost posamezne enote nenehno povečuje, visoka hitrost pa pomeni, da enota doseže višjo specifično hitrost.
Struktura in značilnosti elektrarne
Glavne stavbe črpalne elektrarne običajno vključujejo: zgornji rezervoar, spodnji rezervoar, sistem za dovod vode, delavnico in druge posebne stavbe. V primerjavi s konvencionalnimi hidroelektrarnami imajo hidravlične konstrukcije črpalnih elektrarn naslednje glavne značilnosti:
Obstajajo zgornji in spodnji rezervoarji. V primerjavi s konvencionalnimi hidroelektrarnami z enako instalirano zmogljivostjo je zmogljivost rezervoarjev črpalnih elektrarn običajno relativno majhna.
Gladina vode v rezervoarju močno niha in se pogosto dviga in spušča. Da bi se v elektroenergetskem omrežju izenačila najvišja nihanja in zapolnila doline, je dnevno nihanje gladine vode v rezervoarju črpalne elektrarne običajno relativno veliko, običajno presega 10–20 metrov, nekatere elektrarne pa dosežejo 30–40 metrov, stopnja spreminjanja gladine vode v rezervoarju pa je relativno hitra in običajno doseže 5–8 m/h in celo 8–10 m/h.
Zahteve glede preprečevanja pronicanja iz rezervoarjev so visoke. Če črpalna elektrarna povzroči veliko izgubo vode zaradi pronicanja iz zgornjega rezervoarja, se bo proizvodnja energije elektrarne zmanjšala. Hkrati se za preprečevanje pronicanja vode zaradi poslabšanja hidrogeoloških razmer na območju projekta, kar bi povzročilo škodo zaradi pronicanja in koncentrirano pronicanje, postavljajo višje zahteve tudi glede preprečevanja pronicanja iz rezervoarjev.
Vodni tlak je visok. Vodni tlak črpalne elektrarne je običajno visok, večinoma 200–800 metrov. Črpalna elektrarna Jixi s skupno nameščeno močjo 1,8 milijona kilovatov je prvi projekt s 650-metrskim vodnim odsekom v moji državi, črpalna elektrarna Dunhua s skupno nameščeno močjo 1,4 milijona kilovatov pa je prvi projekt s 700-metrskim vodnim odsekom v moji državi. Z nenehnim razvojem tehnologije črpalnih elektrarn se bo število visokozmogljivih elektrarn v moji državi povečalo.
Enota je nameščena na nizki nadmorski višini. Da bi premagali vpliv vzgona in pronicanja na elektrarno, so velike črpalne elektrarne, zgrajene v zadnjih letih doma in v tujini, večinoma v obliki podzemnih elektrarn.
Najstarejša črpalna elektrarna na svetu je črpalna elektrarna Netra v Zürichu v Švici, zgrajena leta 1882. Gradnja črpalnih elektrarn na Kitajskem se je začela relativno pozno. Prva reverzibilna enota s poševnim tokom je bila nameščena v rezervoarju Gangnan leta 1968. Kasneje se je s hitrim razvojem domače energetske industrije nameščena zmogljivost jedrske in termoelektrarne hitro povečala, kar je zahtevalo opremljanje elektroenergetskega sistema z ustreznimi črpalnimi enotami.
Kitajska je od osemdesetih let prejšnjega stoletja začela intenzivno graditi velike črpalne elektrarne. V zadnjih letih je moja država s hitrim razvojem gospodarstva in elektroenergetske industrije dosegla plodne znanstvene in tehnološke dosežke na področju avtonomije opreme velikih črpalnih elektrarn.
Do konca leta 2020 je bila nameščena zmogljivost črpalnih elektrarn v moji državi 31,49 milijona kilovatov, kar je 4,0 % več kot v prejšnjem letu. Leta 2020 je nacionalna zmogljivost črpalnih elektrarn znašala 33,5 milijarde kWh, kar je 5,0 % več kot v prejšnjem letu; na novo dodana zmogljivost črpalnih elektrarn v državi je znašala 1,2 milijona kWh. Črpalne elektrarne v moji državi, tako v proizvodnji kot v gradnji, so na prvem mestu na svetu.
Kitajska korporacija State Grid je vedno pripisovala velik pomen razvoju črpalnih elektrarn. Trenutno ima State Grid 22 črpalnih elektrarn v obratovanju in 30 črpalnih elektrarn v gradnji.
Leta 2016 se je začela gradnja petih črpalnih elektrarn v Zhen'an, Shaanxi, Jurong, Jiangsu, Qingyuan, Liaoning, Xiamen, Fujian in Fukang, Xinjiang;
Leta 2017 se je začela gradnja šestih črpalnih elektrarn v okrožju Yi v Hebeju, Zhirui v Notranji Mongoliji, Ninghai v Zhejiangu, Jinyunu v Zhejiangu, Luoningu v Henanu in Pingjiangu v Hunanu;
Leta 2019 se je začela gradnja petih črpalnih elektrarn v Funingu v Hebeiju, Jiaoheju v Jilinu, Qujiangu v Zhejiangu, Weifangu v Shandongu in Hamiju v Xinjiangu;
Leta 2020 se bodo začele graditi štiri črpalne elektrarne v Shanxi Yuanqu, Shanxi Hunyuan, Zhejiang Pan'an in Shandong Tai'an, faza II.
prva črpalna elektrarna v moji državi s popolnoma avtonomno enoto. Oktobra 2011 je bila elektrarna uspešno dokončana, kar kaže, da je moja država uspešno obvladala osnovno tehnologijo razvoja opreme za črpalne elektrarne.
Aprila 2013 je bila črpalna elektrarna Fujian Xianyou uradno predana v obratovanje za proizvodnjo električne energije; aprila 2016 je bila črpalna elektrarna Zhejiang Xianju z enotno zmogljivostjo 375.000 kilovatov uspešno priključena na omrežje. Avtonomna oprema za velike črpalne elektrarne je v moji državi popularizirana in se nenehno uporablja.
prva črpalna elektrarna v moji državi s 700-metrskim padcem. Skupna nameščena moč je 1,4 milijona kilovatov. 4. junija 2021 je bil prvi blok zagnan v obratovanje za proizvodnjo električne energije.
Črpalna elektrarna z največjo instalirano močjo na svetu je trenutno v gradnji. Skupna instalirana moč znaša 3,6 milijona kilovatov.
Črpalna elektrarna ima značilnosti osnovne, celovite in javne. Lahko sodeluje v regulacijskih storitvah novega elektroenergetskega sistema, omrežja, obremenitve in povezav za shranjevanje, celovite prednosti pa so še pomembnejše. Ima varno stabilizator napajanja elektroenergetskega sistema, čisto nizkoogljično uravnoteženje in visoko učinkovitost, pomembno funkcijo regulatorja delovanja.
Prvi je učinkovito reševanje pomanjkanja zanesljivih rezervnih zmogljivosti elektroenergetskega sistema ob prodoru velikega deleža nove energije. S prednostjo dvojne regulacije koničnih zmogljivosti lahko izboljšamo zmogljivost regulacije koničnih zmogljivosti elektroenergetskega sistema pri velikih zmogljivostih in ublažimo težave z oskrbo s koničnimi obremenitvami, ki jih povzroča nestabilnost nove energije in konična obremenitev zaradi padcev. Težave s porabo, ki jih povzroča obsežen razvoj nove energije v tem obdobju, lahko bolje spodbudijo porabo nove energije.
Drugi je učinkovito reševanje neskladja med izhodnimi značilnostmi nove energije in povpraševanjem po obremenitvi, pri čemer se je treba zanašati na prilagodljivo sposobnost hitrega odziva, da se bolje prilagodi naključnosti in nestanovitnosti nove energije ter da se zadosti prilagodljivemu povpraševanju po prilagoditvah, ki ga prinaša nova energija »odvisno od vremena«.
Tretji je učinkovito reševanje nezadostnega vztrajnostnega momenta visokozmogljivega novega energetskega sistema. Z visoko vztrajnostno točko sinhronskega generatorja se lahko učinkovito izboljša sposobnost sistema proti motnjam in ohrani stabilnost sistemske frekvence.
Četrtič je učinkovito obravnavanje morebitnega vpliva dvojne visoke napetosti na novi elektroenergetski sistem, prevzem funkcije zasilnega napajanja in odzivanje na nenadne potrebe po prilagoditvah kadar koli s hitrim zagonom in zaustavitvijo ter hitrim povečevanjem moči. Hkrati lahko kot prekinljiva obremenitev varno odstrani nazivno obremenitev črpalne enote z odzivom v milisekundah ter izboljša varno in stabilno delovanje sistema.
Peti cilj je učinkovito spopadanje z visokimi stroški prilagajanja, ki jih prinašajo obsežne nove priključitve na energetska omrežja. Z razumnimi metodami delovanja v kombinaciji s termoelektrarnami je treba zmanjšati ogljik in povečati učinkovitost, zmanjšati opuščanje vetrne in svetlobne energije, spodbujati dodeljevanje zmogljivosti ter izboljšati splošno gospodarnost in čisto delovanje celotnega sistema.
Okrepiti optimizacijo in integracijo infrastrukturnih virov, uskladiti varnost, kakovost in upravljanje napredka 30 projektov v gradnji, odločno spodbujati mehanizirano gradnjo, inteligentno krmiljenje in standardizirano gradnjo, optimizirati obdobje gradnje in zagotoviti, da bo zmogljivost črpalne hidroelektrarne v obdobju "14. petletke" presegla 20 milijonov kilovatov, obratovalna nameščena zmogljivost pa bo do leta 2030 presegla 70 milijonov kilovatov.
Drugič, trdo delo na vitkem upravljanju. Okrepiti smernice za načrtovanje, s poudarkom na cilju "dvojnega ogljika" in izvajanju strategije podjetja, kakovostno pripraviti "14. petletni" razvojni načrt za črpalno hidroelektrarno. Znanstveno optimizirati predhodne delovne postopke projekta ter urejen napredek pri študiji izvedljivosti in odobritvi projekta. S poudarkom na varnosti, kakovosti, času gradnje in stroških odločno spodbujati inteligentno upravljanje in nadzor, mehanizirano gradnjo in zeleno gradnjo inženirskih objektov, da se zagotovi, da projekti v gradnji čim prej dosežejo koristi.
Poglobiti upravljanje življenjskega cikla opreme, poglobiti raziskave o storitvah elektroenergetskega omrežja enot, optimizirati strategijo delovanja enot in v celoti služiti varnemu in stabilnemu delovanju elektroenergetskega omrežja. Poglobiti večdimenzionalno vitko upravljanje, pospešiti izgradnjo sodobne pametne dobavne verige, izboljšati sistem upravljanja materialov, znanstveno razporediti kapital, vire, tehnologijo, podatke in druge proizvodne dejavnike, močno izboljšati kakovost in učinkovitost ter celovito izboljšati učinkovitost upravljanja in obratovalno učinkovitost.
Tretji cilj je iskanje prebojev na področju tehnoloških inovacij. Poglobljeno izvajanje "Akcijskega načrta za nov skok naprej" za znanstvene in tehnološke inovacije, povečanje naložb v znanstvene raziskave in izboljšanje sposobnosti neodvisnega inoviranja. Povečanje uporabe tehnologije enot s spremenljivo hitrostjo, okrepitev tehnoloških raziskav in razvoja 400-megavatnih enot velike zmogljivosti, pospešitev gradnje laboratorijev za modeliranje črpalnih turbin in simulacijskih laboratorijev ter prizadevanje za izgradnjo neodvisne platforme za znanstvene in tehnološke inovacije.
Optimizirati postavitev znanstvenih raziskav in dodelitev virov, okrepiti raziskave ključne tehnologije črpalnih elektrarn in si prizadevati za premagovanje tehničnega problema »zataknjenega vratu«. Poglobiti raziskave uporabe novih tehnologij, kot je »velika pametna veriga interneta stvari v oblaku«, celovito uvesti gradnjo digitalnih inteligentnih elektrarn in pospešiti digitalno preobrazbo podjetij.
Čas objave: 7. marec 2022
