โครงสร้างและลักษณะเฉพาะของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับ และการก่อสร้าง

โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับเป็นเทคโนโลยีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและมีความสมบูรณ์มากที่สุดในด้านการจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ โดยกำลังการผลิตติดตั้งของโรงไฟฟ้าสามารถสูงถึงระดับกิกะวัตต์ ปัจจุบัน โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับแห่งนี้มีการพัฒนาในระดับที่สมบูรณ์ที่สุดในโลก
โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับมีเทคโนโลยีที่พัฒนาแล้วและมีเสถียรภาพสูง รวมถึงมีประโยชน์โดยรวมสูง มักใช้สำหรับการลดภาระในช่วงเวลาที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงสุดและการสำรองพลังงาน โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับเป็นเทคโนโลยีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและพัฒนาแล้วมากที่สุดในด้านการจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ และกำลังการผลิตติดตั้งของโรงไฟฟ้าสามารถสูงถึงระดับกิกะวัตต์ได้
จากสถิติที่ไม่สมบูรณ์ของคณะกรรมการผู้เชี่ยวชาญด้านการจัดเก็บพลังงานแห่งสมาคมวิจัยพลังงานจีน ปัจจุบัน โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับที่มีการพัฒนาอย่างสมบูรณ์ที่สุดและมีกำลังการผลิตติดตั้งมากที่สุดในโลกคือโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับ โดยในปี 2019 กำลังการผลิตจัดเก็บพลังงานทั่วโลกมีถึง 180 ล้านกิโลวัตต์ และกำลังการผลิตติดตั้งของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับมีมากกว่า 170 ล้านกิโลวัตต์ คิดเป็น 94% ของกำลังการผลิตจัดเก็บพลังงานทั่วโลกทั้งหมด

โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับใช้พลังงานในช่วงที่ระบบไฟฟ้ามีภาระต่ำในการสูบน้ำขึ้นไปยังที่สูงเพื่อกักเก็บน้ำ และปล่อยน้ำออกมาเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าในช่วงที่มีภาระสูงสุด เมื่อภาระต่ำ โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับจะเป็นผู้ใช้พลังงาน แต่เมื่อถึงช่วงที่มีภาระสูงสุด โรงไฟฟ้าแห่งนี้จะเป็นโรงไฟฟ้า
หน่วยของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับมีหน้าที่พื้นฐานสองอย่างคือ การสูบน้ำและการผลิตกระแสไฟฟ้า หน่วยนี้ทำงานเป็นกังหันน้ำในช่วงที่มีการใช้ไฟฟ้าสูงสุดของระบบ การเปิดของใบพัดนำทางของกังหันน้ำจะถูกปรับผ่านระบบควบคุมเพื่อแปลงพลังงานศักยภาพของน้ำให้เป็นพลังงานกลของการหมุนของหน่วย จากนั้นพลังงานกลจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าผ่านเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
เมื่อภาระของระบบไฟฟ้าต่ำ จะถูกนำไปใช้เป็นปั๊มน้ำ โดยพลังงานไฟฟ้าในช่วงที่ต่ำจะถูกใช้ในการสูบน้ำจากอ่างเก็บน้ำด้านล่างไปยังอ่างเก็บน้ำด้านบน ผ่านการปรับอัตโนมัติของระบบควบคุม การเปิดของใบพัดนำทางจะถูกปรับโดยอัตโนมัติตามระดับหัวสูบ และพลังงานไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นพลังงานศักยภาพของน้ำเพื่อกักเก็บ
โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับมีหน้าที่หลักในการลดภาระสูงสุด การปรับความถี่ การสำรองไฟฉุกเฉิน และการสตาร์ทระบบไฟฟ้าใหม่ ซึ่งสามารถปรับปรุงและปรับสมดุลภาระของระบบไฟฟ้า ปรับปรุงคุณภาพการจ่ายไฟฟ้า และผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจของระบบไฟฟ้า และเป็นเสาหลักในการรับประกันการทำงานที่ปลอดภัย ประหยัด และมีเสถียรภาพของโครงข่ายไฟฟ้า โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับจึงเป็นที่รู้จักในฐานะ "ตัวรักษาเสถียรภาพ" "ตัวควบคุม" และ "ตัวปรับสมดุล" ในการทำงานที่ปลอดภัยของโครงข่ายไฟฟ้า
แนวโน้มการพัฒนาของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับทั่วโลกคือ ระดับความสูงของน้ำสูง กำลังการผลิตสูง และความเร็วรอบสูง ระดับความสูงของน้ำสูงหมายถึงการพัฒนาหน่วยผลิตให้สามารถรองรับระดับความสูงของน้ำได้สูงขึ้น กำลังการผลิตสูงหมายถึงการเพิ่มกำลังการผลิตของหน่วยผลิตแต่ละหน่วย และความเร็วรอบสูงหมายถึงการใช้ความเร็วรอบจำเพาะที่สูงขึ้น

โครงสร้างและลักษณะเฉพาะ
โดยทั่วไปแล้ว อาคารหลักของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับประกอบด้วยอ่างเก็บน้ำบน อ่างเก็บน้ำล่าง ระบบส่งน้ำ โรงไฟฟ้า และอาคารพิเศษอื่นๆ เมื่อเปรียบเทียบกับโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบดั้งเดิม โครงสร้างทางไฮดรอลิกของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับมีลักษณะสำคัญดังต่อไปนี้:
มีอ่างเก็บน้ำสองแห่ง เมื่อเปรียบเทียบกับโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบดั้งเดิมที่มีกำลังการผลิตติดตั้งเท่ากัน ความจุของอ่างเก็บน้ำของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับมักจะมีขนาดเล็กกว่า
ระดับน้ำในอ่างเก็บน้ำเปลี่ยนแปลงอย่างมากและขึ้นลงบ่อยครั้ง เพื่อให้สามารถรับมือกับช่วงเวลาที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงสุดและช่วงเวลาที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้าต่ำในระบบส่งไฟฟ้าได้ ช่วงการเปลี่ยนแปลงระดับน้ำในอ่างเก็บน้ำของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับจึงมักกว้าง โดยทั่วไปมากกว่า 10-20 เมตร และบางโรงไฟฟ้าพลังน้ำอาจสูงถึง 30-40 เมตร และอัตราการเปลี่ยนแปลงระดับน้ำในอ่างเก็บน้ำก็รวดเร็ว โดยทั่วไปสูงถึง 5-8 เมตรต่อชั่วโมง หรืออาจถึง 8-10 เมตรต่อชั่วโมง
ข้อกำหนดสำหรับการป้องกันการรั่วซึมของอ่างเก็บน้ำนั้นสูงมาก หากโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับสูญเสียน้ำไปมากเนื่องจากการรั่วซึมของอ่างเก็บน้ำด้านบน การผลิตกระแสไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าก็จะลดลง ดังนั้น ข้อกำหนดสำหรับการป้องกันการรั่วซึมของอ่างเก็บน้ำจึงสูงมาก ในขณะเดียวกัน เพื่อป้องกันการเสื่อมโทรมของสภาพทางอุทกธรณีวิทยาในพื้นที่โครงการ ความเสียหายจากการรั่วซึม และการรั่วไหลที่เข้มข้นซึ่งเกิดจากการรั่วซึมของน้ำ จึงมีการกำหนดข้อกำหนดที่สูงขึ้นสำหรับการป้องกันการรั่วซึมของอ่างเก็บน้ำด้วย
ระดับน้ำของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับนั้นสูงมาก โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 200-800 เมตร โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับจีซีที่มีกำลังการผลิตติดตั้งรวม 1.8 ล้านกิโลวัตต์ เป็นโครงการแรกในประเทศจีนที่มีระดับความสูงของน้ำ 650 เมตร และโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับตุนฮวาที่มีกำลังการผลิตติดตั้งรวม 1.4 ล้านกิโลวัตต์ เป็นโครงการแรกในประเทศจีนที่มีระดับความสูงของน้ำ 700 เมตร ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับ จำนวนโรงไฟฟ้าพลังน้ำที่มีระดับความสูงของน้ำสูงและกำลังการผลิตสูงในประเทศจีนจะเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ

ระดับความสูงในการติดตั้งของหน่วยผลิตไฟฟ้าค่อนข้างต่ำ เพื่อลดอิทธิพลของแรงลอยตัวและการซึมผ่านของน้ำที่มีต่อโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับขนาดใหญ่ที่สร้างขึ้นทั้งในและต่างประเทศส่วนใหญ่จึงหันมาใช้รูปแบบโรงไฟฟ้าใต้ดินในช่วงไม่กี่ปีมานี้