Эволюция и развитие гидроаккумулирующих электростанций

Эволюция и развитие гидроаккумулирующих электростанций

Уникальная функциональная ценность гидроаккумулирующих электростанций делает их важной частью энергосистемы большинства стран. Для перестройки энергетической структуры и развития энергосистемы моей страны необходимы гидроаккумулирующие электростанции определенного масштаба. Поэтому гидроаккумулирующие электростанции имеют большое значение для преобразования энергии и построения новых энергосистем.

роль гидроаккумулирующих электростанций

Как сглаживание вершин, так и заполнение впадин

Гидроаккумулирующая электростанция — это особый вид гидроэлектростанции. В периоды пиковой нагрузки энергосистемы она может использоваться как гидроэлектростанция для выработки электроэнергии и регулирования пиковых нагрузок; в периоды низкой нагрузки она также может использоваться как насосная станция для поглощения дешевой электроэнергии и регулирования мощности путем перекачки воды в резервуар. Разница между пиковыми и спадовыми нагрузками в системе позволяет улучшить характеристики суточной нагрузки энергосистемы и условия работы крупных тепловых и атомных электростанций. В то же время это позволяет снизить себестоимость производства электроэнергии, улучшить экологическую обстановку и сократить расходы на охрану окружающей среды тепловых электростанций. Таким образом, экономическая выгода от использования гидроаккумулирующей электростанции вместо тепловой электростанции значительна.

аварийный источник питания

Запуск и остановка энергоблоков гидроаккумулирующих электростанций происходят быстро. Обычно от запуска до полной выработки электроэнергии проходит всего 2-3 минуты, а при разгрузке — еще быстрее, около 3 минут. Поскольку аварии в энергосистеме, как правило, происходят внезапно, для обеспечения безопасности энергосети и удовлетворения потребностей потребителей необходимо своевременно инвестировать в резервные мощности. Гидроаккумулирующая электростанция является наилучшим решением для выполнения задач аварийного резервирования в энергосистеме и представляет собой идеальный резервный источник бесперебойного электроснабжения.

Выполнять временные задачи

Гидроаккумулирующая электростанция обладает высокой скоростью запуска и высокой вероятностью успешного запуска, а также способна выполнять временные задачи, такие как остановка некоторых угольных энергоблоков и несвоевременный запуск, требующие временной замены агрегата. В то же время, поскольку гидроаккумулирующая электростанция может использоваться как в качестве источника энергии, так и в качестве нагрузки, она может тесно взаимодействовать во время сброса нагрузки и испытаний на вибрацию при полной нагрузке в ходе опытной эксплуатации мощных атомных, гидро- и тепловых энергоблоков, что делает диспетчеризацию энергосистемы более эффективной, удобной и простой.

Реализация частотной и фазовой модуляции.

Характерной чертой производства электроэнергии является то, что производство, поставка и продажа осуществляются одновременно. Если предложение превышает спрос, цикл увеличивается, и наоборот. Национальный стандартный цикл составляет 50 Гц, а допустимый диапазон колебаний — 49,8–50,2 Гц, в противном случае качество электроснабжения считается неудовлетворительным. Благодаря гибкому использованию гидроаккумулирующих электростанций, высокой способности к увеличению мощности, быстрому нарастанию и спаду выходной мощности, а также возможности быстрого отслеживания изменений нагрузки в сети, они способны выполнять задачи частотной модуляции сети и являются наиболее идеальной частотно-модулированной электростанцией в энергосистеме. В то же время, в энергосистеме необходимо балансировать не только активную, но и реактивную мощность, чтобы поддерживать стабильное напряжение в сети, иначе качество электроснабжения трудно гарантировать, поэтому некоторые энергоблоки в энергосистеме должны выполнять задачу фазовой модуляции. Фазовая модуляция гидроаккумулирующей электростанции потребляет меньше энергии и проста в управлении. Это лучшее решение для задачи фазовой модуляции в энергосистеме.

Краткое введение в развитие гидроаккумулирующих электростанций.

Гидроаккумулирующие электростанции появились в Швейцарии в 1882 году, и их основной целью на ранних этапах было хранение воды. В первой половине XX века развитие гидроаккумулирующих электростанций шло медленно. До конца Второй мировой войны в 1945 году в мире было введено в эксплуатацию всего более 50 гидроаккумулирующих электростанций, в основном расположенных в США, Японии и некоторых европейских странах.

С 1960-х по 1980-е годы наблюдался бурный рост гидроаккумулирующих электростанций, особенно в период с 1970-х по 1980-е годы, который ознаменовал золотой век развития этой отрасли. После Второй мировой войны европейские и американские страны пережили 20 лет стремительного экономического развития, соответственно, возросла потребность в электроэнергии, повысился уровень жизни населения, что привело к быстрому увеличению разницы между пиковым и спадовым потреблением электроэнергии. Гидроаккумулирующие электростанции с хорошими характеристиками сглаживания пиков и заполнения спадов открыли возможности для быстрого развития. В 1960-х годах установленная мощность гидроаккумулирующих электростанций увеличивалась в среднем на 1259 МВт в год, а в 1970-х и 1980-х годах — на 3051 МВт и 4036 МВт соответственно.

После 1990-х годов темпы роста мировой экономики резко снизились. Экономический спад привел к замедлению роста потребления электроэнергии. Среднегодовой темп роста строительства гидроаккумулирующих электростанций упал с 6,45% в 1980-х годах до 1,55%.

Согласно последним данным из «Белой книги по исследованиям в области индустрии хранения энергии 2023», совокупный объем действующих в мире систем хранения энергии в 2022 году составит 237,2 ГВт, при ежегодном темпе роста в 15%; доля совокупных установленных мощностей гидроаккумулирующих электростанций впервые окажется ниже 80%, что представляет собой снижение на 6,8% по сравнению с предыдущим годом.

В моей стране гидроаккумулирующие электростанции начали строиться относительно поздно. В 1960-х годах на гидроэлектростанции Ганнань в провинции Хэбэй был установлен реверсивный диагональный гидроаккумулирующий агрегат мощностью 11 000 кВт, импортированный из Японии, а на гидроэлектростанции Миюнь в Пекине были установлены два агрегата отечественного производства. Мощность одного агрегата составляет 11 000 кВт, что делает гидроэлектростанции Ганнань и Миюнь гибридными, способными не только вырабатывать электроэнергию традиционным способом, но и перекачивать воду для хранения энергии.

В последние годы, в связи с переходом на экологически чистую и низкоуглеродную энергетику, масштабы отрасли гидроаккумулирующих электростанций в нашей стране постоянно расширяются, и в основном сформировалась система производственной цепочки. По данным Национального энергетического управления, в 2022 году новая установленная мощность гидроаккумулирующих электростанций в Китае достигнет 8,8 ГВт. К концу 2022 года совокупная установленная мощность гидроаккумулирующих электростанций достигнет 45,19 ГВт, что на 24,18% больше по сравнению с 2021 годом и составит 25% от общего мирового рынка.

В 2021 году Национальное энергетическое управление опубликовало «Среднесрочный и долгосрочный план развития гидроаккумулирующих электростанций (2021-2035)», призванный направлять строительство таких электростанций и ускорить реализацию политики в этой области. По оценкам, установленная мощность достигнет 62 ГВт к 2025 году и около 120 ГВт к 2030 году. Гидроаккумулирующие электростанции, как технология преобразования энергии, могут улучшить структуру энергосистемы и повысить ее безопасность, и поэтому высоко ценятся государством.

Проблема позиционирования гидроаккумулирующих электростанций

Оценка гидроаккумулирующих электростанций обычно основывается на цене электроэнергии в сети. Такой относительно односторонний подход приводит к недостаточному пониманию функционального положения гидроаккумулирующих электростанций в энергосистеме. При формировании оценки гидроаккумулирующей электростанции не учитываются функциональные различия между ней и традиционной электростанцией в системе, рассматриваются лишь её краткосрочные недостатки, игнорируется экономическая эффективность системы и её важная роль в безопасной и стабильной работе энергосистемы и обеспечении качества электроснабжения. Инерционное осознание высоких цен на электроэнергию в сети и низкой экономической эффективности серьёзно влияет на правильную оценку гидроаккумулирующих электростанций.

Гидроаккумулирующие электростанции в основном основаны на динамических преимуществах в энергосистеме, а цена на электроэнергию в сети отражает только объем вырабатываемой гидроаккумулирующей электростанции энергии, который относительно низок по сравнению с традиционными гидроэлектростанциями, составляя около четверти от объема вырабатываемой ими энергии; кроме того, выработка электроэнергии гидроаккумулирующими электростанциями часто тесно связана с уровнем нагрузки в сети, структурой энергоснабжения и региональным экономическим развитием, поэтому определить ее точно сложно. Низкая выработка электроэнергии гидроаккумулирующими электростанциями является неизбежным результатом оптимизации системы. Если использовать только цену на электроэнергию в сети в качестве единственного показателя для выбора проектов гидроаккумулирующих электростанций, это окажет значительное негативное влияние на утверждение проектов, что крайне неблагоприятно для текущей корректировки структуры энергоснабжения; а также, что приводит к возникновению ряда проблем, связанных с необходимостью обеспечения энергоснабжения большей мощностью, преимущества гидроаккумулирующих электростанций не в полной мере проявляются, что косвенно влияет на энтузиазм в отношении их строительства.

Разработка концепции гидроаккумулирующих электростанций

Координация и интеграция с планированием энергоснабжения

Планирование гидроаккумулирующих электростанций должно осуществляться в соответствии с планом развития электроэнергетической отрасли и должно быть согласовано с другими источниками энергии и электросетями, чтобы эффективно использовать активную роль электростанций в обеспечении безопасности и стабильности электросети, повышении эффективности работы системы и реализации оптимального распределения ресурсов в максимально широком диапазоне.

Высокая адаптивность к энергетической стратегии

Планирование строительства гидроаккумулирующих электростанций должно соответствовать общей национальной стратегии развития энергетики, учитывать текущую перестройку энергетической структуры, ситуацию с «зеленым», низкоуглеродным и экологически чистым развитием, а также отвечать новым требованиям безопасной эксплуатации энергосистемы и развития новых источников энергии при строительстве гидроаккумулирующих электростанций.

Укрепить единое планирование электростанций

При строительстве гидроаккумулирующей электростанции необходимо учитывать структуру энергосистемы, компоновку энергосистемы, развитие электросети, характеристики нагрузки, национальную сеть и другие связанные факторы, а также рациональное размещение функций гидроаккумулирующей электростанции на передающем и принимающем концах, чтобы определить разумные пропорции, компоновку и сроки строительства гидроаккумулирующей электростанции, обеспечивая тем самым научно обоснованный и упорядоченный ход строительства и развития гидроаккумулирующих электростанций.

Учитывая комплексные преимущества диверсификации

В процессе содействия строительству гидроаккумулирующих электростанций необходимо тщательно проводить обследование и выбор площадки для размещения электростанции, чтобы обеспечить соответствие масштаба объекта, благоприятные условия, хорошие показатели и минимальное воздействие на природную и экологическую среду. На этой основе следует учитывать комплексные преимущества гидроаккумулирующих электростанций в энергетике, разрабатывать детальные планы строительства и т.д.

Ускорить подготовительные работы электростанции.

В соответствии с принципами близости к центру потребления, благоприятными рельефно-геологическими условиями и техническими показателями, комплексно и систематически проводить выбор площадки для гидроаккумулирующих электростанций, повышать эффективность подготовительных работ, заблаговременно готовить проектные резервы и обеспечивать реализацию планов строительства гидроаккумулирующих электростанций.

Стремитесь к разумной доходности инвестиций.

В настоящее время в нашей стране затраты на строительство и эксплуатацию гидроаккумулирующих электростанций в основном несут энергосетевые компании, что существенно увеличивает операционную нагрузку на них. В будущем будет рассмотрен вопрос рационального расчета инвестиционных и эксплуатационных затрат гидроаккумулирующих электростанций, будут предприняты усилия по их полному включению в эксплуатационные расходы сети, а также будет создан научно обоснованный и всеобъемлющий механизм ценообразования на электроэнергию.

В заключение, благодаря непрерывному развитию гидроаккумулирующей энергетики в моей стране и активной ориентации национальной политики, гидроаккумулирующим электростанциям будут предоставлены новые обязанности и задачи. В обозримом будущем моя страна вступит в золотой век для этой отрасли.