ปัญหาและมาตรการแก้ไขสำหรับการพัฒนาระบบสูบน้ำและกักเก็บน้ำให้เข้ากับระบบไฟฟ้าใหม่

เพื่อช่วยให้บรรลุเป้าหมาย “การลดการปล่อยคาร์บอนสูงสุดและการทำให้คาร์บอนเป็นกลาง” และสร้างระบบไฟฟ้าใหม่ บริษัท การไฟฟ้าภาคใต้ของจีนได้เสนออย่างชัดเจนที่จะสร้างระบบไฟฟ้าใหม่ในภาคใต้ภายในปี 2030 และสร้างระบบไฟฟ้าใหม่ให้สมบูรณ์ภายในปี 2060 ในกระบวนการนี้ เราจะพัฒนาโรงไฟฟ้าพลังน้ำอย่างจริงจัง โดยมีแผนที่จะเพิ่มกำลังการผลิตติดตั้ง 6 ล้านกิโลวัตต์ 15 ล้านกิโลวัตต์ และ 15 ล้านกิโลวัตต์ ตามลำดับ ในช่วงแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 14, 15 และ 16 เราจะพยายามให้มีกำลังการผลิตโรงไฟฟ้าพลังน้ำประมาณ 44 ล้านกิโลวัตต์ในภาคใต้ภายในปี 2035 เพื่อให้เป็นเครื่องมือปรับสมดุลการรบกวนของระบบไฟฟ้า ปรับสมดุลโหลด และรักษาเสถียรภาพของโครงข่ายไฟฟ้าแบบใหม่
ที่มา: บัญชี WeChat อย่างเป็นทางการ “China Energy Media Intelligent Manufacturing”
ผู้เขียน: เผิง ยูหมิน สถาบันวิจัยการจัดเก็บพลังงาน บริษัท พีคแชนแนล พาวเวอร์ กริด จำกัด (บริษัทผลิตไฟฟ้าแบบปรับความถี่และลดปริมาณการใช้พลังงานสูงสุด)

คุณสมบัติหลักของระบบไฟฟ้าใหม่
ระบบไฟฟ้าใหม่จะขับเคลื่อนด้วยพลังงานสะอาด และสัดส่วนของพลังงานใหม่ในการบริโภคพลังงานจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง จนค่อยๆ พัฒนาเป็นรูปแบบการใช้พลังงานที่มีพลังงานใหม่ พลังงานน้ำ และพลังงานนิวเคลียร์เป็นแหล่งผลิตไฟฟ้าหลัก สัดส่วนการใช้พลังงานฟอสซิลจะค่อยๆ ลดลงเพื่อให้บรรลุเป้าหมายความเป็นกลางทางคาร์บอน และกำลังการผลิตพลังงานฟอสซิลที่เหลืออยู่จะถูกใช้เป็นแหล่งพลังงานสำรองของระบบไฟฟ้าใหม่ ในระบบไฟฟ้าใหม่ พลังงานใหม่จะเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าทั้งแบบรวมศูนย์และแบบกระจายศูนย์ ในส่วนของการเชื่อมต่อแบบรวมศูนย์นั้น ภาคใต้ตั้งเป้าหมายที่จะผลิตพลังงานลมบนบกให้ได้มากกว่า 24 ล้านกิโลวัตต์ พลังงานลมในทะเลให้ได้มากกว่า 20 ล้านกิโลวัตต์ และพลังงานแสงอาทิตย์ให้ได้มากกว่า 56 ล้านกิโลวัตต์ภายในปี 2025 ในส่วนของการเชื่อมต่อแบบกระจายศูนย์นั้น จะมีการสร้างแหล่งพลังงานแบบกระจายศูนย์ที่มีกำลังการผลิตต่ำ ระดับแรงดันไฟฟ้าต่ำ และสามารถใช้งานได้ในบริเวณใกล้เคียงในภูมิภาคต่างๆ ตามสภาพท้องถิ่น
ในระบบไฟฟ้าใหม่ที่มีพลังงานใหม่เป็นแกนหลัก ผลผลิตจริงของอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าจากพลังงานใหม่ได้รับผลกระทบอย่างมากจากสภาพแวดล้อมทางอุตุนิยมวิทยา ซึ่งมีลักษณะที่คาดเดาไม่ได้ ผันผวน และไม่ต่อเนื่อง การใช้งานพลังงานทดแทนอย่างแพร่หลาย อุปกรณ์เก็บพลังงานในครัวเรือน และบ้านอัจฉริยะ ทำให้โหลดฝั่งผู้ใช้พัฒนาไปในทิศทางที่หลากหลายและมีปฏิสัมพันธ์กัน และผู้ใช้เข้าสู่โหมดใหม่ที่ทั้งเป็นผู้บริโภคและผู้ผลิต ระบบไฟฟ้าใหม่ที่มีพลังงานใหม่เป็นแกนหลักมีลักษณะ “สูงสองเท่า” คือมีสัดส่วนพลังงานใหม่และสัดส่วนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง เพื่อรับมือกับความผันผวนขนาดใหญ่ของพลังงานใหม่และสถานการณ์สุดขั้วต่างๆ จำเป็นต้องจับคู่กำลังการผลิตของระบบกักเก็บน้ำแบบสูบน้ำกับขนาดที่เหมาะสมตามกำลังการผลิตและขนาดผลผลิตของพลังงานใหม่ เมื่อผลผลิตของพลังงานใหม่ผิดปกติ ระบบกักเก็บน้ำแบบสูบน้ำควรคงสภาพของระบบไฟฟ้าใหม่ของโครงข่ายไว้ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และป้องกันการเปลี่ยนแปลงของระบบไฟฟ้าใหม่ไปเป็นระบบไฟฟ้าแบบดั้งเดิม ดังนั้น การพัฒนาและการก่อสร้างสถานีไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบน้ำจึงจะรวดเร็วและมีขนาดใหญ่ขึ้น
ปัญหาและมาตรการรับมือในการพัฒนาพลังงานน้ำแบบสูบกลับอย่างรวดเร็วและในวงกว้าง
การพัฒนาและการก่อสร้างอย่างรวดเร็วและในวงกว้างได้ก่อให้เกิดปัญหาด้านความปลอดภัย คุณภาพ และการขาดแคลนบุคลากร เพื่อตอบสนองความต้องการด้านการก่อสร้างระบบไฟฟ้าใหม่ จึงมีการอนุมัติการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับจำนวนมากในแต่ละปี ระยะเวลาการก่อสร้างที่ต้องการก็ถูกย่นระยะเวลาลงอย่างมากจาก 8-10 ปี เหลือเพียง 4-6 ปี การพัฒนาและการก่อสร้างโครงการอย่างรวดเร็วจะนำมาซึ่งปัญหาด้านความปลอดภัย คุณภาพ และการขาดแคลนบุคลากรอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้
เพื่อแก้ไขปัญหาต่างๆ ที่เกิดขึ้นจากการพัฒนาและการก่อสร้างโครงการอย่างรวดเร็ว หน่วยงานก่อสร้างและบริหารโครงการจำเป็นต้องทำการวิจัยและฝึกฝนทางเทคนิคเกี่ยวกับการใช้เครื่องจักรและระบบอัจฉริยะในงานวิศวกรรมโยธาของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับเสียก่อน มีการนำเทคโนโลยีเครื่องเจาะอุโมงค์ (TBM) มาใช้ในการขุดอุโมงค์ใต้ดินจำนวนมาก และมีการพัฒนาอุปกรณ์ TBM ให้เหมาะสมกับลักษณะเฉพาะของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับ พร้อมทั้งกำหนดแผนงานทางเทคนิคการก่อสร้าง โดยคำนึงถึงสถานการณ์การทำงานต่างๆ เช่น การขุด การขนส่ง การค้ำยัน และโครงสร้างโค้งคว่ำ ในระหว่างการก่อสร้าง จึงได้พัฒนารูปแบบการประยุกต์ใช้งานที่รองรับกระบวนการก่อสร้างแบบใช้เครื่องจักรและระบบอัจฉริยะตลอดทั้งกระบวนการ และได้ทำการวิจัยในหัวข้อต่างๆ เช่น การทำงานอัจฉริยะของอุปกรณ์ในแต่ละขั้นตอน การทำงานอัตโนมัติของระบบก่อสร้างตลอดทั้งกระบวนการ การแปลงข้อมูลการก่อสร้างของอุปกรณ์ให้เป็นดิจิทัล การก่อสร้างแบบไร้คนควบคุมด้วยเครื่องจักรระยะไกล การวิเคราะห์คุณภาพการก่อสร้างด้วยการรับรู้แบบอัจฉริยะ เป็นต้น เพื่อพัฒนาอุปกรณ์และระบบก่อสร้างแบบใช้เครื่องจักรและระบบอัจฉริยะต่างๆ
ในแง่ของการใช้เครื่องจักรและระบบอัจฉริยะในงานวิศวกรรมเครื่องกลและไฟฟ้า เราสามารถวิเคราะห์ความต้องการและศักยภาพในการประยุกต์ใช้เครื่องจักรและระบบอัจฉริยะจากแง่มุมต่างๆ เช่น การลดจำนวนผู้ปฏิบัติงาน การเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน การลดความเสี่ยงในการทำงาน เป็นต้น และพัฒนาเครื่องจักรและระบบก่อสร้างทางวิศวกรรมเครื่องกลและไฟฟ้าอัจฉริยะหลากหลายประเภทสำหรับสถานการณ์การทำงานต่างๆ ในการติดตั้งเครื่องจักรกลและไฟฟ้า
นอกจากนี้ เทคโนโลยีการออกแบบและจำลองทางวิศวกรรม 3 มิติ ยังสามารถใช้ในการผลิตและจำลองสิ่งอำนวยความสะดวกและอุปกรณ์บางอย่างล่วงหน้า ซึ่งไม่เพียงแต่จะช่วยให้สามารถดำเนินการบางส่วนของงานล่วงหน้า ลดระยะเวลาการก่อสร้างในสถานที่ก่อสร้าง แต่ยังสามารถดำเนินการทดสอบการใช้งานและควบคุมคุณภาพล่วงหน้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่งผลให้ระดับการจัดการคุณภาพและความปลอดภัยดีขึ้น
การดำเนินงานขนาดใหญ่ของโรงไฟฟ้าก่อให้เกิดปัญหาด้านความน่าเชื่อถือในการดำเนินงาน ความต้องการด้านการจัดการอย่างชาญฉลาดและเข้มข้น การดำเนินงานขนาดใหญ่ของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับจะก่อให้เกิดปัญหาต่างๆ เช่น ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานและการบำรุงรักษาที่สูง การขาดแคลนบุคลากร เป็นต้น เพื่อลดต้นทุนการดำเนินงานและการบำรุงรักษา สิ่งสำคัญคือการปรับปรุงความน่าเชื่อถือในการดำเนินงานของหน่วยพลังน้ำแบบสูบกลับ และเพื่อแก้ปัญหาการขาดแคลนบุคลากร จำเป็นต้องมีการจัดการการดำเนินงานของโรงไฟฟ้าอย่างชาญฉลาดและเข้มข้น
เพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือในการทำงานของหน่วยผลิตไฟฟ้าพลังน้ำ ในด้านการเลือกประเภทและการออกแบบอุปกรณ์ ช่างเทคนิคจำเป็นต้องสรุปประสบการณ์จริงในการออกแบบและการดำเนินงานของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับอย่างละเอียด ดำเนินการออกแบบที่เหมาะสมที่สุด การเลือกประเภท และการวิจัยมาตรฐานของระบบย่อยอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับ และปรับปรุงอย่างต่อเนื่องตามประสบการณ์การทดสอบการใช้งาน การแก้ไขข้อผิดพลาด และการบำรุงรักษาอุปกรณ์ ในด้านการผลิตอุปกรณ์ หน่วยผลิตไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับแบบดั้งเดิมยังคงมีเทคโนโลยีการผลิตอุปกรณ์สำคัญบางอย่างอยู่ในมือของผู้ผลิตต่างประเทศ จำเป็นต้องดำเนินการวิจัยเพื่อปรับเทคโนโลยีให้เหมาะสมกับการใช้งานในประเทศสำหรับอุปกรณ์ "สำคัญ" เหล่านี้ และบูรณาการประสบการณ์และกลยุทธ์การใช้งานและการบำรุงรักษาหลายปีเข้าไป เพื่อปรับปรุงคุณภาพผลิตภัณฑ์และความน่าเชื่อถือในการทำงานของเครื่องมือหลักที่สำคัญเหล่านี้อย่างมีประสิทธิภาพ ในแง่ของการตรวจสอบการทำงานของอุปกรณ์ ช่างเทคนิคจำเป็นต้องกำหนดมาตรฐานการกำหนดค่าองค์ประกอบการตรวจสอบสถานะอุปกรณ์อย่างเป็นระบบ โดยพิจารณาจากมุมมองของการสังเกตและการวัดสถานะอุปกรณ์ ดำเนินการวิจัยอย่างละเอียดเกี่ยวกับกลยุทธ์การควบคุมอุปกรณ์ กลยุทธ์การตรวจสอบสถานะ และวิธีการประเมินสุขภาพโดยอิงตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัยภายใน สร้างแพลตฟอร์มการวิเคราะห์อัจฉริยะและการเตือนภัยล่วงหน้าสำหรับการตรวจสอบสถานะอุปกรณ์ ค้นหาอันตรายที่ซ่อนอยู่ภายในอุปกรณ์ล่วงหน้า และดำเนินการเตือนภัยล่วงหน้าอย่างทันท่วงที
เพื่อให้สามารถบริหารจัดการโรงไฟฟ้าได้อย่างชาญฉลาดและเข้มข้น ช่างเทคนิคจำเป็นต้องทำการวิจัยเกี่ยวกับการควบคุมอุปกรณ์อัตโนมัติหรือเทคโนโลยีการทำงานด้วยปุ่มเดียวในด้านการควบคุมและการทำงานของอุปกรณ์ เพื่อให้สามารถเริ่มและปิดระบบและควบคุมโหลดของหน่วยผลิตไฟฟ้าได้โดยอัตโนมัติอย่างสมบูรณ์โดยไม่ต้องมีการแทรกแซงจากบุคลากร และสามารถจัดลำดับการทำงานและยืนยันการทำงานอย่างชาญฉลาดแบบหลายมิติให้ได้มากที่สุด ในด้านการตรวจสอบอุปกรณ์ ช่างเทคนิคสามารถทำการวิจัยทางเทคนิคเกี่ยวกับระบบการมองเห็นด้วยเครื่องจักร ระบบการได้ยินด้วยเครื่องจักร การตรวจสอบด้วยหุ่นยนต์ และด้านอื่นๆ และดำเนินการฝึกปฏิบัติทางเทคนิคเกี่ยวกับการเปลี่ยนเครื่องมือตรวจสอบ ในด้านการปฏิบัติงานอย่างเข้มข้นของโรงไฟฟ้า จำเป็นต้องทำการวิจัยและฝึกปฏิบัติเกี่ยวกับเทคโนโลยีการตรวจสอบแบบรวมศูนย์โดยบุคคลเดียวและหลายโรงไฟฟ้า เพื่อแก้ปัญหาการขาดแคลนบุคลากรในระหว่างปฏิบัติหน้าที่ที่เกิดจากการพัฒนาโรงไฟฟ้าพลังน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ
การย่อขนาดระบบกักเก็บพลังงานแบบสูบน้ำและการทำงานแบบบูรณาการของแหล่งพลังงานหลายประเภทที่เกิดขึ้นจากการใช้แหล่งพลังงานใหม่แบบกระจายจำนวนมาก คุณลักษณะที่โดดเด่นของระบบไฟฟ้าใหม่คือ มีแหล่งพลังงานใหม่ขนาดเล็กจำนวนมากกระจายอยู่ตามพื้นที่ต่างๆ ของระบบส่งไฟฟ้า โดยทำงานในระบบส่งไฟฟ้าแรงดันต่ำ เพื่อดูดซับและใช้ประโยชน์จากแหล่งพลังงานใหม่แบบกระจายเหล่านี้ให้ได้มากที่สุด และบรรเทาปัญหาความแออัดของระบบส่งไฟฟ้าขนาดใหญ่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ จำเป็นต้องสร้างหน่วยกักเก็บพลังงานแบบสูบน้ำแบบกระจายใกล้กับแหล่งพลังงานใหม่แบบกระจาย เพื่อให้สามารถกักเก็บ บริโภค และใช้ประโยชน์จากพลังงานใหม่ในพื้นที่ผ่านระบบส่งไฟฟ้าแรงดันต่ำได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องแก้ปัญหาการย่อขนาดระบบกักเก็บพลังงานแบบสูบน้ำและการทำงานแบบบูรณาการของแหล่งพลังงานหลายประเภท
วิศวกรและช่างเทคนิคจำเป็นต้องทำการวิจัยอย่างจริงจังเกี่ยวกับการเลือกสถานที่ การออกแบบและการผลิต กลยุทธ์การควบคุม และการประยุกต์ใช้แบบบูรณาการของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบกระจายหลายประเภท รวมถึงหน่วยสูบน้ำแบบผันกลับขนาดเล็ก การทำงานอิสระของปั๊มและกังหันแบบแกนร่วม การทำงานร่วมกันของโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กและสถานีสูบน้ำ เป็นต้น ในขณะเดียวกัน ก็ต้องดำเนินการวิจัยและสาธิตโครงการเกี่ยวกับเทคโนโลยีการทำงานแบบบูรณาการของพลังน้ำแบบสูบกลับกับพลังงานลม พลังงานแสง และพลังงานน้ำ เพื่อเสนอแนวทางแก้ไขทางเทคนิคสำหรับการสำรวจประสิทธิภาพการใช้พลังงานและปฏิสัมพันธ์ทางเศรษฐกิจในระบบไฟฟ้าใหม่
ปัญหา “คอขวด” ทางเทคนิคของหน่วยสูบน้ำกักเก็บพลังงานแบบปรับความเร็วได้ที่เหมาะสมกับโครงข่ายไฟฟ้าที่มีความยืดหยุ่นสูง หน่วยสูบน้ำกักเก็บพลังงานแบบปรับความเร็วได้มีลักษณะเด่นคือ การตอบสนองอย่างรวดเร็วต่อการปรับความถี่หลัก แรงป้อนเข้าที่ปรับได้ภายใต้สภาวะการทำงานของปั๊ม และการทำงานของหน่วยที่เส้นโค้งที่เหมาะสมที่สุด รวมถึงการตอบสนองที่ไวและโมเมนต์ความเฉื่อยสูง เพื่อให้สามารถควบคุมความไม่แน่นอนและความผันผวนของโครงข่ายไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปรับและดูดซับพลังงานส่วนเกินที่เกิดจากพลังงานใหม่ทั้งฝั่งการผลิตและฝั่งผู้ใช้ได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น และควบคุมสมดุลโหลดของโครงข่ายไฟฟ้าที่มีความยืดหยุ่นและมีปฏิสัมพันธ์สูงได้ดียิ่งขึ้น จำเป็นต้องเพิ่มสัดส่วนของหน่วยปรับความเร็วได้ในโครงข่ายไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน เทคโนโลยีหลักส่วนใหญ่ของหน่วยสูบน้ำและกักเก็บน้ำแบบปรับความเร็วได้ยังคงอยู่ในมือของผู้ผลิตต่างประเทศ และปัญหา “คอขวด” ทางเทคนิคจำเป็นต้องได้รับการแก้ไข
เพื่อให้สามารถควบคุมเทคโนโลยีหลักที่สำคัญได้อย่างอิสระ จำเป็นต้องมุ่งเน้นการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีภายในประเทศอย่างลึกซึ้งในการออกแบบและพัฒนาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและกังหันปั๊มน้ำแบบปรับความเร็วได้ การพัฒนากลยุทธ์และอุปกรณ์ควบคุมสำหรับตัวแปลงกระแสไฟฟ้ากระแสสลับ การพัฒนากลยุทธ์และอุปกรณ์ควบคุมแบบประสานงานสำหรับหน่วยปรับความเร็ว การวิจัยกลยุทธ์การควบคุมตัวควบคุมความเร็วสำหรับหน่วยปรับความเร็ว การวิจัยกระบวนการแปลงสภาพการทำงานและกลยุทธ์การควบคุมแบบบูรณาการสำหรับหน่วยปรับความเร็ว และการทำให้การออกแบบ การผลิต และการสาธิตการใช้งานทางวิศวกรรมของหน่วยปรับความเร็วขนาดใหญ่เป็นไปอย่างสมบูรณ์ในประเทศ