Da bi dosegli cilj "doseganja vrhov ogljika in nevtralizacije ogljika" ter zgradili nov elektroenergetski sistem, je kitajska korporacija China Southern Power Grid Corporation jasno predlagala, da do leta 2030 v južni regiji zgradijo v osnovi nov elektroenergetski sistem, do leta 2060 pa v celoti zgradijo nov elektroenergetski sistem. V tem procesu bomo intenzivno razvijali črpalne elektrarne. V štirinajstem, petnajstem in šestnajstem petletnem načrtu je načrtovano povečanje nameščene zmogljivosti na 6 milijonov kilovatov, 15 milijonov kilovatov oziroma 15 milijonov kilovatov. Prizadevali si bomo, da do leta 2035 v južni regiji dosežemo približno 44 milijonov kilovatov zmogljivosti črpalnih elektrarn, s čimer bomo ustvarili novo vrsto uravnalnika motenj elektroenergetskega sistema, uravnalnika obremenitve in stabilizatorja električnega omrežja.
Vir: Uradni račun WeChat »China Energy Media Intelligent Manufacturing«
Avtor: Peng Yumin, Raziskovalni inštitut za shranjevanje energije pri China Southern Power Grid, odpravljanje peak frekvenc in frekvenčna modulacija, Power Generation Co., Ltd.
Glavne značilnosti novega elektroenergetskega sistema
V novem elektroenergetskem sistemu prevladuje čista energija, delež nove energije v porabi energije pa se bo še naprej povečeval, s čimer se bo postopoma oblikovala oblika izrabe energije z novo energijo, hidroenergijo in jedrsko energijo kot glavno obliko proizvodnje energije. Delež porabe fosilne energije se bo postopoma zmanjševal, da bi dosegli cilj ogljične nevtralnosti, preostala nameščena zmogljivost fosilne energije pa se bo uporabljala kot rezervni vir napajanja novega elektroenergetskega sistema. V novem elektroenergetskem sistemu bo nova energija centralizirano in porazdeljeno priključena na elektroenergetsko omrežje. Kar zadeva centralizirani dostop, si južna regija prizadeva do leta 2025 doseči kopensko vetrno energijo več kot 24 milijonov kilovatov, morsko vetrno energijo več kot 20 milijonov kilovatov in fotovoltaični dostop več kot 56 milijonov kilovatov. Kar zadeva porazdeljen dostop, bodo v različnih regijah, glede na lokalne razmere, zgrajeni porazdeljeni viri energije z majhno zmogljivostjo, nizko napetostjo dostopnega omrežja, ki jih je mogoče porabiti v bližini.
V novem elektroenergetskem sistemu z novo energijo kot glavnim elementom na dejansko proizvodnjo nove opreme za proizvodnjo energije močno vpliva meteorološko okolje, ki ima očitne značilnosti naključnosti, nestanovitnosti in občasnosti. Široka uporaba nadomeščanja električne energije, gospodinjskih naprav za shranjevanje energije in pametnih domov povzroča, da se obremenitev na strani uporabnika razvija v raznoliko in interaktivno smer, uporabniški terminal pa vstopi v nov način delovanja, ki je hkrati porabnik in proizvajalec. Nov elektroenergetski sistem z novo energijo kot glavnim elementom ima značilnosti "dvojne moči" z visokim deležem nove energije in visokim deležem energetske elektronske opreme. Da bi se spopadli z velikimi nihanji nove energije in različnimi ekstremnimi situacijami, je treba uskladiti nameščeno zmogljivost črpalnih elektrarn z ustrezno lestvico glede na nameščeno zmogljivost in lestvico proizvodnje nove energije. Ko je proizvodnja nove energije nenormalna, mora črpalna elektrarna čim bolj vzdrževati stanje novega elektroenergetskega sistema v omrežju in preprečiti prehod novega elektroenergetskega sistema v tradicionalni elektroenergetski sistem. Zato bosta razvoj in gradnja črpalnih elektrarn hitrejša in obsežnejša.
Težave in protiukrepi hitrega in obsežnega razvoja črpalnih hidroelektrarn
Hiter in obsežen razvoj ter gradnja sta povzročila težave z varnostjo, kakovostjo in pomanjkanjem osebja. Da bi zadostili gradbenim potrebam novega elektroenergetskega sistema, je bilo vsako leto odobrenih več črpalnih elektrarn za gradnjo. Zahtevano obdobje gradnje se je prav tako močno skrajšalo z 8–10 let na 4–6 let. Hiter razvoj in gradnja projekta bosta neizogibno povzročila težave z varnostjo, kakovostjo in pomanjkanjem osebja.
Da bi rešili vrsto težav, ki jih povzročata hiter razvoj in gradnja projektov, morajo gradbene in projektne vodstvene enote najprej izvesti tehnične raziskave in prakse na področju mehanizacije in inteligence gradbeništva črpalnih elektrarn. Za izkopavanje velikega števila podzemnih jam je bila uvedena tehnologija TBM (Tunnel Boring Machine), oprema TBM pa je bila razvita v kombinaciji z značilnostmi črpalnih elektrarn, oblikovana pa je bila tudi gradbenotehnična shema. Glede na različne scenarije delovanja, kot so izkop, prevoz, podpora in obrnjeni lok med gradnjo, je bila razvita podporna aplikacijska shema za celoten proces mehanizirane in inteligentne gradnje, izvedene pa so bile tudi raziskave na teme, kot so inteligentno delovanje posamezne procesne opreme, avtomatizacija celotnega gradbenega sistema, digitalizacija informacij o gradnji opreme, brezpilotna gradnja daljinsko vodene mehanske opreme, inteligentna analiza zaznavanja kakovosti gradnje itd. Razviti je bilo treba različno mehanizirano in inteligentno gradbeno opremo in sisteme.
Kar zadeva mehanizacijo in inteligenco strojništva in elektrotehnike, lahko analiziramo povpraševanje po uporabi in možnosti mehanizacije in inteligence z vidika zmanjšanja števila operaterjev, izboljšanja delovne učinkovitosti, zmanjšanja delovnih tveganj itd. ter razvijemo različno gradbeno opremo in sisteme za mehanizacijo in inteligenco strojništva in elektrotehnike za različne scenarije delovanja vgradnje strojne in električne opreme.
Poleg tega se lahko tehnologija 3D-inženirskega načrtovanja in simulacije uporabi tudi za vnaprejšnjo izdelavo in simulacijo nekaterih objektov in opreme, kar lahko ne le vnaprej dokonča del dela in skrajša čas gradnje na gradbišču, temveč tudi vnaprej izvede funkcionalni sprejem in nadzor kakovosti, s čimer se učinkovito izboljša raven upravljanja kakovosti in varnosti.
Obsežno delovanje elektrarne povzroča težave z zanesljivim delovanjem ter inteligentnim in intenzivnim povpraševanjem. Obsežno delovanje črpalnih elektrarn bo povzročilo težave, kot so visoki stroški obratovanja in vzdrževanja ter pomanjkanje osebja itd. Za zmanjšanje stroškov obratovanja in vzdrževanja je ključnega pomena izboljšanje zanesljivosti delovanja črpalnih elektrarn. Za rešitev problema pomanjkanja osebja je potrebno inteligentno in intenzivno upravljanje delovanja elektrarne.
Za izboljšanje zanesljivosti delovanja enote, kar zadeva izbiro in načrtovanje tipa opreme, morajo tehniki poglobljeno povzeti praktične izkušnje pri načrtovanju in obratovanju črpalnih elektrarn, izvesti optimizacijsko načrtovanje, izbiro tipa in standardizacijo ustreznih podsistemov opreme črpalnih elektrarn ter jih iterativno posodabljati glede na izkušnje z zagonom opreme, odpravljanjem napak in vzdrževanjem. Kar zadeva proizvodnjo opreme, imajo tradicionalne črpalne elektrarne še vedno nekatere ključne tehnologije izdelave opreme v rokah tujih proizvajalcev. Treba je izvesti lokalizacijske raziskave te "dušilne" opreme in vanje vključiti dolgoletne izkušnje in strategije delovanja in vzdrževanja, da bi učinkovito izboljšali kakovost izdelkov in zanesljivost delovanja te ključne opreme. Kar zadeva spremljanje delovanja opreme, morajo tehniki sistematično oblikovati standarde konfiguracije elementov za spremljanje stanja opreme z vidika opazovanja in merljivosti stanja opreme, poglobljeno raziskati strategije krmiljenja opreme, strategije spremljanja stanja in metode ocenjevanja zdravja na podlagi zahtev glede notranje varnosti, zgraditi inteligentno platformo za analizo in zgodnje opozarjanje za spremljanje stanja opreme, vnaprej odkriti skrite nevarnosti v opremi in pravočasno izvesti zgodnje opozarjanje.
Za uresničitev inteligentnega in intenzivnega upravljanja delovanja elektrarne morajo tehniki izvesti raziskave o avtomatskem krmiljenju opreme ali eni ključni tehnologiji delovanja v smislu krmiljenja in delovanja opreme, da bi dosegli popolnoma avtomatski zagon in izklop ter regulacijo obremenitve enote brez posredovanja osebja ter čim bolj uresničili zaporedje delovanja in večdimenzionalno inteligentno potrditev; pri pregledu opreme lahko tehniki izvedejo tehnične raziskave o zaznavanju strojnega vida, slušnem zaznavanju stroja, pregledu robotov in drugih vidikih ter izvedejo tehnično prakso zamenjave preglednih strojev; pri intenzivnem obratovanju elektrarne je treba izvesti raziskave in prakso o centralizirani tehnologiji spremljanja ene osebe in več elektrarn, da bi učinkovito rešili problem pomanjkanja delovnih virov, ki ga povzroča razvoj črpalnih elektrarn.
Miniaturizacija črpalnih elektrarn in integrirano delovanje večenergijskega dopolnjevanja, ki ga povzroča poraba velikega števila porazdeljenih novih virov energije. Izjemna značilnost novega elektroenergetskega sistema je, da je veliko število majhnih novih virov energije razpršenih na različnih območjih omrežja, ki delujejo v nizkonapetostnem omrežju. Da bi čim bolj absorbirali in izkoristili te porazdeljene nove vire energije ter učinkovito zmanjšali preobremenjenost velikega elektroenergetskega omrežja, je treba v bližini porazdeljenih novih virov energije zgraditi porazdeljene črpalne elektrarne, da bi zagotovili lokalno shranjevanje, porabo in uporabo nove energije prek nizkonapetostnih elektroenergetskih omrežij. Zato je treba rešiti probleme miniaturizacije črpalnih elektrarn in integriranega delovanja večenergijskega dopolnjevanja.
Inženirji in tehniki morajo intenzivno izvajati raziskave o izbiri lokacije, načrtovanju in izdelavi, strategiji krmiljenja in integrirani uporabi več vrst porazdeljenih črpalnih elektrarn, vključno z majhnimi reverzibilnimi črpalnimi enotami, koaksialnim neodvisnim delovanjem črpalk in turbin, skupnim delovanjem malih hidroelektrarn in črpalnih postaj itd. Hkrati se izvajajo raziskave in demonstracije projektov o integrirani tehnologiji delovanja črpalnih elektrarn ter vetrne, svetlobne in hidroenergije, da se predlagajo tehnične rešitve za raziskovanje energetske učinkovitosti in ekonomske interakcije v novem elektroenergetskem sistemu.
Problem tehničnega »dušenja« črpalnih akumulacijskih enot s spremenljivo hitrostjo, prilagojenih visoko elastičnemu elektroenergetskemu omrežju. Črpalne akumulacijske enote s spremenljivo hitrostjo imajo značilnosti hitrega odziva na primarno regulacijo frekvence, nastavljive vhodne sile v delovnih pogojih črpalke in delovanja enote na optimalni krivulji, pa tudi občutljivega odziva in visokega vztrajnostnega momenta. Da bi učinkovito omejili naključnost in nestanovitnost elektroenergetskega omrežja, natančneje prilagodili in absorbirali presežno energijo, ki jo ustvarja nova energija na strani proizvodnje in uporabnika, ter bolje nadzorovali ravnovesje obremenitve visoko elastičnega in interaktivnega elektroenergetskega omrežja, je treba povečati delež enot s spremenljivo hitrostjo v elektroenergetskem omrežju. Vendar pa je trenutno večina ključnih tehnologij črpalnih in akumulacijskih enot s spremenljivo hitrostjo še vedno v rokah tujih proizvajalcev, zato je treba rešiti problem tehničnega »dušenja«.
Za uresničitev neodvisnega nadzora nad ključnimi osnovnimi tehnologijami je treba osredotočiti domače znanstvenoraziskovalne in tehnične sile na poglobljeno izvedbo načrtovanja in razvoja generatorskih motorjev in črpalnih turbin s spremenljivo hitrostjo, razvoj strategij krmiljenja in naprav za pretvornike izmeničnega toka vzbujanja, razvoj usklajenih strategij krmiljenja in naprav za enote s spremenljivo hitrostjo, raziskavo strategij krmiljenja regulatorjev za enote s spremenljivo hitrostjo, raziskavo procesa pretvorbe delovnih pogojev in integriranih strategij krmiljenja za enote s spremenljivo hitrostjo, uresničitev popolne lokalizacije načrtovanja, izdelave in inženirske demonstracijske uporabe velikih enot s spremenljivo hitrostjo.
Čas objave: 9. dec. 2022
