För att bidra till att uppnå målet om "koldioxidtoppning, koldioxidneutralisering" och bygga ett nytt kraftsystem föreslog China Southern Power Grid Corporation tydligt att i princip bygga ett nytt kraftsystem i den södra regionen senast 2030 och helt bygga ett nytt kraftsystem senast 2060. I denna process kommer vi att kraftfullt utveckla pumplagring. Det är planerat att öka den installerade kapaciteten med 6 miljoner kilowatt, 15 miljoner kilowatt respektive 15 miljoner kilowatt under perioderna "fjortonde, femtonde och sextonde femårsplanen". Vi kommer att sträva efter att nå cirka 44 miljoner kilowatt pumplagringskapacitet i den södra regionen senast 2035, vilket gör det till en ny typ av störningsbalanserare, lastbalanserare och elnätsstabilisator i kraftsystemet.
Källa: WeChats officiella konto “China Energy Media Intelligent Manufacturing”
Författare: Peng Yumin, Energy Storage Research Institute of China Southern Power Grid Peak shaving and Frequency Modulation Power Generation Co., Ltd
Huvudfunktioner i det nya kraftsystemet
Det nya kraftsystemet domineras av ren energi, och andelen ny energi i energiförbrukningen kommer att fortsätta öka, vilket gradvis bildar en form av energianvändning med ny energi, vattenkraft och kärnkraft som den huvudsakliga formen av kraftproduktion. Andelen fossil energiförbrukning kommer gradvis att minskas för att uppnå målet om koldioxidneutralitet, och den återstående installerade kapaciteten av fossil energi kommer att användas som reservkraftförsörjning för det nya kraftsystemet. I det nya kraftsystemet kommer ny energi att anslutas till elnätet på ett centraliserat och distribuerat sätt. När det gäller centraliserad åtkomst strävar den södra regionen efter att uppnå landbaserad vindkraft på mer än 24 miljoner kilowatt, havsbaserad vindkraft på mer än 20 miljoner kilowatt och solcellsåtkomst på mer än 56 miljoner kilowatt år 2025. När det gäller distribuerad åtkomst kommer distribuerade kraftkällor med liten kapacitet, låg spänningsnivå i nätet och som kan förbrukas i närheten att byggas i olika regioner beroende på lokala förhållanden.
I det nya kraftsystemet med ny energi som huvuddel påverkas den faktiska produktionen från ny energiproduktionsutrustning i hög grad av den meteorologiska miljön, som har uppenbara egenskaper av slumpmässighet, volatilitet och intermittensitet. Den breda tillämpningen av elenergisubstitution, hushållsenergilagringsutrustning och smarta hem gör att användarsidans belastning utvecklas i en diversifierad och interaktiv riktning, och användarterminalen går in i ett nytt läge som både konsument och producent. Det nya kraftsystemet med ny energi som huvuddel uppvisar "dubbelt höga" egenskaper med hög andel ny energi och hög andel kraftelektronisk utrustning. För att hantera de storskaliga fluktuationerna i ny energi och olika extrema situationer är det nödvändigt att matcha den installerade kapaciteten för pumplagring med motsvarande skala i enlighet med den installerade kapaciteten och produktionsskalan för ny energi. När produktionen av ny energi är onormal bör pumplagring bibehålla tillståndet för det nya kraftsystemet i nätet så mycket som möjligt och förhindra omvandlingen av det nya kraftsystemet till det traditionella kraftsystemet. Därför kommer utvecklingen och byggandet av pumplagringskraftverk att vara snabbare och mer storskaliga.
Problem och motåtgärder vid snabb och storskalig utveckling av pumpkraftverk
Den snabba och storskaliga utvecklingen och byggnationen har medfört problem med säkerhet, kvalitet och personalbrist. För att möta byggbehoven för det nya kraftsystemet har ett antal pumpkraftverk godkänts för byggnation varje år. Den erforderliga byggtiden har också förkortats kraftigt från 8–10 år till 4–6 år. Den snabba utvecklingen och byggnationen av projektet kommer oundvikligen att medföra problem med säkerhet, kvalitet och personalbrist.
För att lösa en rad problem som uppstår till följd av snabb utveckling och konstruktion av projekt, behöver bygg- och projektledningsenheter först utföra teknisk forskning och praktik inom mekanisering och intelligens inom anläggningsteknik för pumpkraftverk. TBM-teknik (Tunnel Boring Machine) introduceras för utgrävning av ett stort antal underjordiska grottor, och TBM-utrustning utvecklas i kombination med egenskaperna hos pumpkraftverk, och ett konstruktionstekniskt schema formuleras. Med tanke på olika driftsscenarier som utgrävning, transport, stöd och inverterad båge under anläggningsbyggnation har ett stödjande tillämpningsschema för hela processen för mekaniserad och intelligent konstruktion utvecklats, och forskning har utförts på ämnen som intelligent drift av enskilda processutrustningar, automatisering av hela processbyggsystemet, digitalisering av utrustningskonstruktionsinformation, obemannad konstruktion av fjärrstyrd mekanisk utrustning, intelligent perceptionsanalys av konstruktionskvalitet, etc. Utveckla olika mekaniserade och intelligenta byggutrustningar och system.
När det gäller mekanisering och intelligens inom maskin- och elektroteknik kan vi analysera tillämpningsbehovet och möjligheterna till mekanisering och intelligens utifrån aspekterna att minska antalet operatörer, förbättra arbetseffektiviteten, minska arbetsriskerna etc., och utveckla olika mekaniska och elektriska mekaniserade och intelligensbaserade byggutrustningar och system för olika driftsscenarier vid installation av mekanisk och elektrisk utrustning.
Dessutom kan 3D-teknik för konstruktion och simulering också användas för att prefabricera och simulera vissa anläggningar och utrustning i förväg, vilket inte bara kan slutföra en del av arbetet i förväg, förkorta byggtiden på plats, utan också genomföra funktionell godkännande och kvalitetskontroll i förväg, vilket effektivt förbättrar kvalitets- och säkerhetsnivån.
Storskalig drift av kraftverk medför problem med tillförlitlig drift, intelligent och intensiv efterfrågan. Storskalig drift av pumpkraftverk kommer att medföra problem som höga drifts- och underhållskostnader, personalbrist etc. För att minska kostnaderna för drift och underhåll är nyckeln att förbättra driftsäkerheten hos pumpkraftverk. För att lösa problemet med personalbrist är det nödvändigt att förverkliga intelligent och intensiv driftstyrning av kraftverket.
För att förbättra enhetens driftsäkerhet, vad gäller val av utrustningstyp och design, måste tekniker djupgående sammanfatta den praktiska erfarenheten av design och drift av pumpkraftverk, utföra optimeringsdesign, typval och standardiseringsforskning på relevanta delsystem i pumpkraftverk, och uppdatera dem iterativt enligt erfarenhet av driftsättning, felhantering och underhåll av utrustning. När det gäller tillverkning av utrustning har traditionella pumpkraftverk fortfarande vissa viktiga tillverkningstekniker för utrustning i händerna på utländska tillverkare. Det är nödvändigt att utföra lokaliseringsforskning på denna "strypnings"-utrustning och integrera många års erfarenhet och strategier för drift och underhåll i dem, för att effektivt förbättra produktkvaliteten och driftsäkerheten för denna viktiga kärnutrustning. När det gäller övervakning av utrustningens drift måste tekniker systematiskt formulera konfigurationsstandarder för övervakningselement för utrustningens status utifrån observerbarhet och mätbarhet av utrustningens status, utföra djupgående forskning om strategier för utrustningskontroll, statusövervakningsstrategier och hälsoutvärderingsmetoder baserade på inneboende säkerhetskrav, bygga en intelligent analys- och tidig varningsplattform för övervakning av utrustningens status, hitta dolda faror i utrustning i förväg och genomföra tidig varning i tid.
För att kunna realisera intelligent och intensiv drifthantering av kraftverket behöver tekniker utföra forskning om utrustningens automatiska styrning eller en nyckeldriftsteknik när det gäller utrustningsstyrning och drift, för att realisera helautomatisk start och avstängning samt belastningsreglering av enheten utan personalingripande, och realisera driftssekvensering och flerdimensionell intelligent bekräftelse så långt som möjligt. När det gäller utrustningsinspektion kan tekniker utföra teknisk forskning om maskinsyn, maskiners hörseluppfattning, robotinspektion och andra aspekter, och utföra teknisk övning på utbyte av inspektionsmaskiner. När det gäller intensiv drift av kraftverket är det nödvändigt att utföra forskning och övning på centraliserad övervakningsteknik för en person och flera anläggningar för att effektivt lösa problemet med brist på personal i tjänst som orsakas av utvecklingen av pumpkraftverk.
Miniatyriseringen av pumpkraftverk och den integrerade driften av multienergikomplementering orsakas av förbrukningen av ett stort antal distribuerade nya energikällor. En anmärkningsvärd egenskap hos det nya kraftsystemet är att det finns ett stort antal småskaliga nya energikällor utspridda i olika delar av nätet, som verkar i lågspänningsnätet. För att absorbera och utnyttja dessa distribuerade nya energikällor så mycket som möjligt och effektivt lindra strömöverbelastningen i det stora kraftnätet är det nödvändigt att bygga distribuerade pumpkraftverk nära de distribuerade nya energikällorna för att realisera lokal lagring, förbrukning och användning av ny energi genom lågspänningsnät. Därför är det nödvändigt att lösa problemen med miniatyrisering av pumpkraftverk och integrerad drift av multienergikomplementering.
Det är nödvändigt för ingenjörer och tekniker att kraftfullt bedriva forskning om platsval, design och tillverkning, styrstrategi och integrerad tillämpning av flera typer av distribuerade pumpkraftverk, inklusive små reversibla pumpkraftverk, koaxial oberoende drift av pumpar och turbiner, gemensam drift av små vattenkraftverk och pumpstationer, etc. Samtidigt bedrivs forskning och projektdemonstration om integrerad driftsteknik för pumpkraft och vindkraft, ljus och vattenkraft för att föreslå tekniska lösningar för utforskning av energieffektivitet och ekonomisk interaktion i det nya kraftsystemet.
Problemet med teknisk "strålning" i pumpaggregat med variabel hastighet anpassade till högelastiska elnät. Pumpaggregat med variabel hastighet har egenskaper som snabb respons på primärfrekvensreglering, justerbar ingångskraft under pumpens driftsförhållanden, och att enheten arbetar med optimal kurva, samt känslig respons och högt tröghetsmoment. För att effektivt begränsa slumpmässigheten och volatiliteten i elnätet, mer exakt justera och absorbera den överskottseffekt som genereras av den nya energin på produktionssidan och användarsidan, och bättre kontrollera lastbalansen i det högelastiska och interaktiva elnätet, är det nödvändigt att öka andelen enheter med variabel hastighet i elnätet. För närvarande är dock de flesta nyckelteknikerna för vattenpumpnings- och lagringsenheter med variabel hastighet fortfarande i händerna på utländska tillverkare, och problemet med teknisk "strålning" behöver lösas.
För att förverkliga oberoende kontroll av viktiga kärnteknologier är det nödvändigt att koncentrera inhemsk vetenskaplig forskning och tekniska krafter för att djupt genomföra design och utveckling av generatormotorer och pumpturbiner med variabel hastighet, utveckling av styrstrategier och anordningar för växelströmsexcitationsomvandlare, utveckling av samordnade styrstrategier och anordningar för enheter med variabel hastighet, forskning om regulatorstyrningsstrategier för enheter med variabel hastighet, forskning om omvandlingsprocesser för arbetsförhållanden och integrerade styrstrategier för enheter med variabel hastighet, förverkliga fullständig lokalisering av design, tillverkning och demonstration av stora enheter med variabel hastighet.
Publiceringstid: 9 december 2022
