Производња хидроенергије једна је од најзрелијих метода производње електричне енергије и континуирано се развија и унапређује у процесу развоја електроенергетског система. Постигла је значајан напредак у погледу самосталне величине, нивоа техничке опремљености и технологије управљања. Као стабилан и поуздан висококвалитетни регулисани извор енергије, хидроенергија обично укључује конвенционалне хидроелектране и пумпно-акумулационе електране. Поред тога што служи као важан добављач електричне енергије, она такође игра важну улогу у смањењу вршних напона, фреквентној модулацији, фазној модулацији, црном старту и приправности за ванредне ситуације током целог рада електроенергетског система. Са брзим развојем нових извора енергије као што су енергија ветра и фотонапонска енергија, повећањем разлика између вршних и низинских напона у електроенергетским системима и смањењем ротационе инерције узроковане повећањем опреме и електронике за снагу, основна питања као што су планирање и изградња електроенергетског система, безбедан рад и економично управљање суочавају се са огромним изазовима и такође су главна питања која се морају решити у будућој изградњи нових електроенергетских система. У контексту кинеског богатства ресурсима, хидроенергија ће играти важнију улогу у новом типу електроенергетског система, суочавајући се са значајним потребама и могућностима иновативног развоја, и веома је важна за економску сигурност изградње новог типа електроенергетског система.
Анализа тренутне ситуације и иновативног развоја производње хидроенергије
Иновативна развојна ситуација
Глобална трансформација чисте енергије се убрзава, а удео нових извора енергије, као што су енергија ветра и фотонапонска енергија, брзо расте. Планирање и изградња, безбедан рад и економски распоред традиционалних електроенергетских система суочавају се са новим изазовима и проблемима. Од 2010. до 2021. године, глобалне инсталације ветроелектрана одржавале су брз раст, са просечном стопом раста од 15%; просечна годишња стопа раста у Кини достигла је 25%; стопа раста глобалних инсталација фотонапонских система у последњих 10 година достигла је 31%. Електроенергетски систем са високим уделом нове енергије суочава се са великим проблемима као што су тешкоће у балансирању понуде и потражње, повећане тешкоће у контроли рада система и ризици стабилности узроковани смањеном ротационом инерцијом, као и значајно повећање потражње за вршним капацитетом, што резултира повећаним трошковима рада система. Хитно је заједнички промовисати решавање ових проблема са стране напајања, мреже и оптерећења. Производња хидроелектрана је важан регулисани извор енергије са карактеристикама као што су велика ротациона инерција, брза брзина одзива и флексибилан режим рада. Има природне предности у решавању ових нових изазова и проблема.
Ниво електрификације се наставља побољшавати, а захтеви за безбедним и поузданим снабдевањем електричном енергијом из економских и друштвених операција настављају да расту. Током протеклих 50 година, ниво глобалне електрификације се наставља побољшавати, а удео електричне енергије у потрошњи терминалне енергије постепено се повећавао. Замена терминалне електричне енергије коју представљају електрична возила се убрзала. Савремено економско друштво све више се ослања на електричну енергију, а електрична енергија је постала основно средство производње за економске и друштвене операције. Безбедно и поуздано снабдевање електричном енергијом је важна гаранција за производњу и живот савремених људи. Нестанак струје на великим подручјима не само да доноси огромне економске губитке, већ може довести и до озбиљног друштвеног хаоса. Безбедност напајања постала је основни садржај енергетске безбедности, па чак и националне безбедности. Спољно одржавање нових електроенергетских система захтева континуирано побољшање поузданости безбедног снабдевања електричном енергијом, док се унутрашњи развој суочава са континуираним повећањем фактора ризика који представљају озбиљну претњу по безбедност напајања.
Нове технологије се настављају појављивати и примењивати у електроенергетским системима, значајно побољшавајући степен интелигенције и сложеност електроенергетских система. Широко распрострањена примена енергетских електронских уређаја у различитим аспектима производње, преноса и дистрибуције електричне енергије довела је до значајних промена у карактеристикама оптерећења и системским карактеристикама електроенергетског система, што је довело до дубоких промена у механизму рада електроенергетског система. Технологије информационо-комуникационих, контролних и интелигенцијских технологија се широко користе у свим аспектима производње и управљања електроенергетским системом. Степен интелигенције електроенергетских система је значајно побољшан и они се могу прилагодити онлајн анализама и анализама подршке одлучивању великих размера. Дистрибуирана производња електричне енергије је повезана са корисничком страном дистрибутивне мреже у великим размерама, а смер протока снаге кроз мрежу се променио из једносмерног у двосмерни или чак вишесмерни. Различите врсте интелигентне електричне опреме појављују се у бескрајном току, интелигентна бројила се широко користе, а број терминала за приступ електроенергетском систему експоненцијално расте. Безбедност информација постала је важан извор ризика за електроенергетски систем.
Реформа и развој електроенергетске индустрије постепено улазе у повољну ситуацију, а политичко окружење, попут цена електричне енергије, постепено се побољшава. Са брзим развојем кинеске економије и друштва, електроенергетска индустрија је доживела огроман скок од малог до великог, од слабог до јаког и од пратећег до водећег. Што се тиче система, од владе до предузећа, од једне фабрике до једне мреже, до одвајања фабрика и мрежа, умерене конкуренције и постепеног преласка са планирања на тржиште довели су до пута развоја електроенергетске индустрије који је погодан за националне услове Кине. Производни и грађевински капацитети и ниво кинеске електроенергетске технологије и опреме сврставају се међу светске првокласне низове. Универзални индикатори услуге и животне средине за електроенергетску индустрију се постепено побољшавају, а изграђен је и функционише највећи и технолошки најнапреднији електроенергетски систем на свету. Кинеско тржиште електричне енергије стално напредује, са јасним путем за изградњу јединственог тржишта електричне енергије од локалног до регионалног и националног нивоа, и придржава се кинеске линије тражења истине из чињеница. Механизми политике, као што су цене електричне енергије, постепено су рационализовани, а механизам цена електричне енергије погодан за развој пумпно-акумулационих електрана је првобитно успостављен, обезбеђујући политичко окружење за остваривање економске вредности иновација и развоја хидроенергије.
Значајне промене су се догодиле у граничним условима за планирање, пројектовање и рад хидроенергије. Главни задатак традиционалног планирања и пројектовања хидроелектрана јесте избор технички изводљиве и економски разумне величине и начина рада електране. Обично се питања планирања хидроенергетских пројеката разматрају под претпоставком оптималног циља свеобухватног коришћења водних ресурса. Потребно је свеобухватно размотрити захтеве као што су контрола поплава, наводњавање, транспорт и водоснабдевање, и спровести свеобухватна поређења економских, друштвених и еколошких користи. У контексту континуираних технолошких продора и континуираног повећања удела енергије ветра и фотонапонске енергије, електроенергетски систем објективно треба да у потпуности искористи хидрауличне ресурсе, обогати начин рада хидроелектрана и игра већу улогу у смањењу вршних струја, фреквентној модулацији и подешавању нивелације. Многи циљеви који у прошлости нису били изводљиви у погледу технологије, опреме и изградње постали су економски и технички изводљиви. Првобитни једносмерни начин складиштења воде и производње енергије испуштања за хидроелектране више не може да задовољи захтеве нових електроенергетских система, па је неопходно комбиновати начин рада пумпно-акумулирајућих електрана како би се значајно побољшао регулаторни капацитет хидроелектрана; Истовремено, с обзиром на ограничења краткорочно регулисаних извора енергије, као што су пумпно-акумулационе електране, у промоцији потрошње нових извора енергије, као што су енергија ветра и фотонапонска енергија, и тешкоће у обављању задатка безбедног и приступачног снабдевања електричном енергијом, објективно је неопходно повећати капацитет акумулације како би се побољшао временски циклус регулације конвенционалне хидроенергије, како би се попунила празнина у капацитету регулације система која настаје када се енергија из угља повуче.
Потребе за иновативним развојем
Постоји хитна потреба за убрзањем развоја хидроенергетских ресурса, повећањем удела хидроенергије у новом електроенергетском систему и играњем веће улоге. У контексту циља „двоструког угљеника“, укупни инсталирани капацитет производње енергије из ветра и фотонапонских система достићи ће преко 1,2 милијарде киловата до 2030. године; очекује се да ће достићи 5 до 6 милијарди киловата до 2060. године. У будућности ће постојати огромна потражња за регулацијом ресурса у новим електроенергетским системима, а производња хидроенергије је најквалитетнији регулацијски извор енергије. Кинеска хидроенергетска технологија може развити инсталирану снагу од 687 милиона киловата. До краја 2021. године развијено је 391 милион киловата, са стопом развоја од око 57%, што је далеко ниже од стопе развоја од 90% у неким развијеним земљама у Европи и Сједињеним Државама. С обзиром на то да је циклус развоја хидроенергетских пројеката дуг (обично 5-10 година), док је циклус развоја пројеката производње енергије ветра и фотонапонских електрана релативно кратак (обично 0,5-1 година, или чак и краће) и брзо се развија, хитно је убрзати напредак развоја хидроенергетских пројеката, завршити их што је пре могуће и што пре одиграти своју улогу.
Постоји хитна потреба да се трансформише начин развоја хидроенергије како би се задовољили нови захтеви за смањење вршних ефеката у новим електроенергетским системима. Под ограничењима циља „двоструког угљеника“, будућа структура снабдевања електричном енергијом одређује огромне захтеве рада електроенергетског система за смањење вршних ефеката, и то није проблем који могу решити распоред и тржишне силе, већ основно питање техничке изводљивости. Економски, безбедан и стабилан рад електроенергетског система може се постићи само кроз тржишно вођење, распоред и контролу рада, на претпоставци да је технологија изводљива. За традиционалне хидроелектране у раду, постоји хитна потреба да се систематски оптимизује коришћење постојећих капацитета и постројења за складиштење, да се на одговарајући начин повећају инвестиције у трансформацију када је то потребно и да се уложе сви напори да се побољша регулациони капацитет; За конвенционалне хидроелектране које су новопланиране и изграђене, хитно је размотрити значајне промене граничних услова које доноси нови електроенергетски систем и планирати и изградити флексибилне и подесиве хидроелектране са комбинацијом дугих и кратких временских скала у складу са локалним условима. Што се тиче пумпно-акумулираних електрана, изградња би требало да се убрза у тренутној ситуацији где је краткорочни регулаторни капацитет озбиљно недовољан; На дужи рок, треба размотрити потражњу система за краткорочним могућностима за смањење вршних оптерећења и научно формулисати његов план развоја. За пумпно-акумулационе електране типа преноса воде, неопходно је комбиновати потребе националних водних ресурса за међурегионални пренос воде, како као пројекат међубасенског преноса воде, тако и као свеобухватно коришћење ресурса регулације електроенергетског система. Ако је потребно, може се комбиновати и са целокупним планирањем и пројектовањем пројеката десалинизације морске воде.
Постоји хитна потреба за промоцијом производње хидроенергије како би се створила већа економска и друштвена вредност, уз истовремено осигуравање економског и безбедног рада нових електроенергетских система. На основу ограничења циљева развоја угљеничног врха и угљеничне неутралности у електроенергетском систему, нова енергија ће постепено постати главна снага у структури снабдевања електричном енергијом будућег електроенергетског система, а удео извора енергије са високим садржајем угљеника, као што је енергија из угља, постепено ће се смањивати. Према подацима више истраживачких институција, у сценарију великог повлачења енергије из угља, до 2060. године, инсталирани капацитет производње енергије из ветра и фотонапонских електрана у Кини чиниће око 70%; Укупан инсталирани капацитет хидроенергије, узимајући у обзир пумпно-акумулационе електране, износи око 800 милиона киловата, што чини око 10%. У будућој електроенергетској структури, хидроенергија је релативно поуздан, флексибилан и прилагодљив извор енергије, што је камен темељац обезбеђивања безбедног, стабилног и економичног рада нових електроенергетских система. Хитно је потребно прећи са тренутног начина развоја и рада „заснованог на производњи електричне енергије, допуњеног регулацијом“ на „заснован на регулацији, допуњен производњом електричне енергије“. Сходно томе, економске користи хидроенергетских предузећа требало би да се искористе у контексту веће вредности, а користи хидроенергетских предузећа требало би такође значајно да повећају приходе од пружања регулационих услуга систему на основу оригиналних прихода од производње електричне енергије.
Постоји хитна потреба за спровођењем иновација у стандардима, политикама и системима хидроенергије како би се осигурао ефикасан и одржив развој хидроенергије. У будућности, објективни захтев нових електроенергетских система је да се иновативни развој хидроенергије мора убрзати, а постојећи релевантни технички стандарди, политике и системи такође хитно морају бити усклађени са иновативним развојем како би се промовисао ефикасан развој хидроенергије. Што се тиче стандарда и спецификација, хитно је оптимизовати стандарде и спецификације за планирање, пројектовање, рад и одржавање на основу пилот демонстрације и верификације у складу са техничким захтевима новог електроенергетског система за конвенционалне хидроелектране, пумпно-акумулационе електране, хибридне електране и пумпно-акумулационе електране за пренос воде (укључујући пумпне станице), како би се осигурао уредан и ефикасан развој иновација у хидроенергији; Што се тиче политика и система, хитно је потребно проучити и формулисати политике подстицаја за вођење, подршку и подстицање иновативног развоја хидроенергије. Истовремено, постоји хитна потреба за израдом институционалних дизајна, као што су тржишне цене и цене електричне енергије, за претварање нових вредности хидроенергије у економске користи и подстицање предузетничких субјеката да активно спроводе инвестиције у иновативне развојне технологије, пилот демонстрације и развој великих размера.
Иновативни пут развоја и перспектива хидроенергије
Иновативни развој хидроенергије је хитна потреба за изградњу новог типа електроенергетског система. Неопходно је придржавати се принципа прилагођавања мера локалним условима и спровођења свеобухватних политика. За различите типове хидроенергетских пројеката који су изграђени и планирани, требало би усвојити различите техничке шеме. Потребно је узети у обзир не само функционалне потребе производње електричне енергије и смањења вршних напона, фреквентну модулацију и изједначавање, већ и свеобухватно коришћење водних ресурса, изградњу подесивог оптерећења снаге и друге аспекте. Коначно, оптимална шема треба да се одреди кроз свеобухватну процену користи. Побољшањем регулационог капацитета конвенционалне хидроенергије и изградњом свеобухватних међубасновских пумпних акумулационих електрана (црпних станица), постоје значајне економске користи у поређењу са новоизграђеним пумпним акумулационим електранама. Генерално, не постоје непремостиве техничке препреке за иновативни развој хидроенергије, са огромним простором за развој и изузетним економским и еколошким користима. Вреди посветити велику пажњу и убрзати развој великих размера заснован на пилот пракси.
„Производња електричне енергије + пумпање“
Режим „производња електричне енергије + пумпање“ односи се на коришћење хидрауличних структура као што су постојеће хидроелектране и бране, као и постројења за пренос и трансформацију електричне енергије, за одабир погодних локација низводно од излаза воде из хидроелектране за изградњу бране за преусмеравање воде и формирање доњег резервоара, додавање пумпи за пумпање, цевовода и друге опреме и постројења, и коришћење оригиналног резервоара као горњег резервоара. На основу функције производње електричне енергије оригиналне хидроелектране, повећати функцију пумпе електроенергетског система током ниског оптерећења, а и даље користити оригиналне јединице хидрауличних турбина-генератора за производњу електричне енергије, како би се повећао капацитет пумпе и складиштења оригиналне хидроелектране, чиме се побољшава регулациони капацитет хидроелектране (видети слику 1). Доњи резервоар се такође може изградити одвојено на погодној локацији низводно од хидроелектране. Приликом изградње доњег резервоара низводно од излаза воде из хидроелектране, препоручљиво је контролисати ниво воде како се не би утицало на ефикасност производње електричне енергије оригиналне хидроелектране. Узимајући у обзир оптимизацију начина рада и функционалне захтеве за учешће у нивелисању, препоручљиво је да пумпа буде опремљена синхроним мотором. Овај начин рада је генерално применљив на функционалну трансформацију хидроелектрана у раду. Опрема и објекти су флексибилни и једноставни, са карактеристикама ниских инвестиција, кратког периода изградње и брзих резултата.
„Производња електричне енергије + производња пумпне електране“
Главна разлика између режима „производња електричне енергије + производња електричне енергије пумпањем“ и режима „производња електричне енергије + пумпање“ је у томе што промена пумпне пумпе у пумпно-акумулациону јединицу директно повећава функцију пумпно-акумулационе јединице оригиналне конвенционалне хидроелектране, чиме се побољшава регулаторни капацитет хидроелектране. Принцип подешавања доњег акумулационог резервоара је у складу са режимом „производња електричне енергије + пумпање“. Овај модел такође може да користи оригинални акумулациони резервоар као доњи акумулациони резервоар и да изгради горњи акумулациони резервоар на одговарајућој локацији. За нове хидроелектране, поред инсталирања одређених конвенционалних генераторских агрегата, могу се инсталирати пумпно-акумулационе јединице одређеног капацитета. Под претпоставком да је максимална снага једне хидроелектране P1, а повећана снага пумпно-акумулационе јединице P2, опсег рада електране у односу на електроенергетски систем биће проширен са (0, P1) на (- P2, P1+P2).
Рециклажа каскадних хидроелектрана
Каскадни начин развоја усвојен је за развој многих река у Кини, а изграђен је низ хидроелектрана, као што су река Ђинша и река Даду. За нову или постојећу групу каскадних хидроелектрана, у две суседне хидроелектране, акумулација горње каскадне хидроелектране служи као горњи резервоар, а доња каскадна хидроелектрана служи као доњи резервоар. У складу са стварним тереном, могу се одабрати одговарајући водозахвати, а развој се може спровести комбиновањем два начина рада „производња електричне енергије + пумпање“ и „производња електричне енергије + производња електричне енергије пумпање“. Овај начин рада је погодан за реконструкцију каскадних хидроелектрана, што може значајно побољшати регулациони капацитет и временски циклус регулације каскадних хидроелектрана, са значајним предностима. Слика 2 приказује распоред хидроелектране развијене у каскади реке у Кини. Удаљеност од места бране узводне хидроелектране до низводног водозахвата је у основи мања од 50 километара.
Локално балансирање
Режим „Локално балансирање“ односи се на изградњу пројеката производње енергије ветра и фотонапонских електрана у близини хидроелектрана, као и на самоподешавање и балансирање рада хидроелектрана како би се постигла стабилна производња снаге у складу са захтевима распореда. С обзиром на то да се све главне хидроелектране управљају у складу са диспечерским распоредом електроенергетског система, овај режим се може применити на електране са радијалним протоком и неке мале хидроелектране које нису погодне за трансформацију великих размера и обично нису планиране као конвенционалне функције за смањење вршне снаге и модулацију фреквенције. Излазност рада хидроелектрана може се флексибилно контролисати, може се искористити њихов краткорочни регулациони капацитет, а може се постићи локално балансирање и стабилна производња снаге, уз побољшање стопе искоришћења постојећих далековода.
Комплекс за регулацију вршних вредности воде и струје
Режим „комплекса за регулацију воде и вршну регулацију снаге“ заснован је на концепту изградње пумпно-акумулационих електрана за регулацију воде, у комбинацији са великим пројектима заштите воде, као што су велики међубасенски пренос воде, за изградњу групе резервоара и постројења за преусмеравање, и коришћење пада воде између резервоара за изградњу групе пумпних станица, конвенционалних хидроелектрана и пумпно-акумулационих електрана за формирање комплекса за производњу и складиштење електричне енергије. У процесу преноса воде са извора воде на великим надморским висинама у подручја на ниским надморским висинама, „Комплекс за пренос воде и вршну регулацију снаге“ може у потпуности искористити пад воде за постизање предности у производњи електричне енергије, уз истовремено остваривање преноса воде на велике удаљености и смањење трошкова преноса воде. Истовремено, „комплекс за вршну регулацију воде и снаге“ може послужити као расположиви извор оптерећења и енергије великих размера за електроенергетски систем, пружајући услуге регулације за систем. Поред тога, комплекс се може комбиновати и са пројектима десалинизације морске воде како би се постигла свеобухватна примена развоја водних ресурса и регулације електроенергетског система.
Акумулација морске воде пумпањем
Цумпиране акумулационе електране на морску воду могу одабрати погодну локацију на обали за изградњу горњег резервоара, користећи море као доњи резервоар. Са све тежим лоцирањем конвенционалних пумпних акумулационих електрана, пумпне акумулационе електране на морску воду привукле су пажњу релевантних националних одељења и спровеле су истраживања ресурса и техничка истраживања усмерена ка будућности. Цумпиране акумулационе електране на морску воду такође се могу комбиновати са свеобухватним развојем енергије плиме и осеке, енергије таласа, енергије ветра на мору итд., како би се изградиле пумпне акумулационе електране са великим капацитетом складиштења и дугим циклусом регулације.
Изузев проточних хидроелектрана и неких малих хидроелектрана без капацитета за складиштење, већина хидроелектрана са одређеним капацитетом акумулације може проучавати и спроводити трансформацију функције пумпно-акумулационих јединица. У новоизграђеној хидроелектрани, одређени капацитет пумпно-акумулационих јединица може се пројектовати и организовати као целина. Прелиминарно је процењено да примена нових метода развоја може брзо повећати обим висококвалитетног капацитета за смањење вршне снаге за најмање 100 милиона киловата; Коришћење „комплекса за регулацију воде и смањење вршне снаге“ и производње електричне енергије из пумпно-акумулираних морске воде такође може донети изузетно значајан висококвалитетни капацитет за смањење вршне снаге, што је од великог значаја за изградњу и безбедан и стабилан рад нових електроенергетских система, са значајним економским и друштвеним користима.
Предлози за иновације и развој хидроенергије
Прво, што пре организовати врхунски дизајн иновација и развоја хидроенергије и издати смернице за подршку развоју иновација и развоја хидроенергије на основу овог рада. Спровести истраживање о главним питањима као што су водећа идеологија, позиционирање развоја, основни принципи, приоритети планирања и распоред иновативног развоја хидроенергије, и на тој основи припремити планове развоја, разјаснити фазе развоја и очекивања и водити тржишне субјекте да уредно спроводе развој пројеката.
Други је организовање и спровођење анализе техничке и економске изводљивости и демонстрационих пројеката. У комбинацији са изградњом нових електроенергетских система, организовање и спровођење истраживања ресурса хидроелектрана и техничке и економске анализе пројеката, предлагање планова инжењерске изградње, одабир типичних инжењерских пројеката за спровођење инжењерских демонстрација и акумулирање искуства за развој великих размера.
Треће, подршка истраживању и демонстрацији кључних технологија. Покретањем националних научно-технолошких пројеката и другим средствима, подржаћемо фундаментална и универзална техничка открића, развој кључне опреме и демонстрационе примене у области иновација и развоја хидроенергије, укључујући, али не ограничавајући се на материјале за лопатице турбина за пумпање и складиштење морске воде, као и истраживање и пројектовање великих регионалних комплекса за пренос воде и смањење вршних потрошњи енергије.
Четврто, формулисати фискалне и пореске политике, политике одобравања пројеката и политике одређивања цена електричне енергије како би се промовисао иновативни развој хидроенергије. Фокусирајући се на све аспекте иновативног развоја производње хидроенергије, политике као што су попусти на финансијске камате, инвестиционе субвенције и пореске олакшице требало би формулисати у складу са локалним условима у раним фазама развоја пројекта, укључујући зелену финансијску подршку, како би се смањили финансијски трошкови пројекта; За пројекте реновирања пумпно-акумулационих електрана који значајно не мењају хидролошке карактеристике река, требало би применити поједностављене процедуре одобравања како би се скратио циклус административног одобравања; Рационализовати механизам цена електричне енергије из капацитета за пумпно-акумулационе јединице и механизам цена електричне енергије за производњу пумпно-акумулационе енергије како би се осигурао разуман повраћај вредности.
Време објаве: 22. март 2023.
