هيكل وخصائص محطة توليد الطاقة بالضخ والتخزين وطريقة بناء محطة الطاقة

يعد التخزين بالضخ من أكثر التقنيات استخدامًا ونضجًا في تخزين الطاقة على نطاق واسع ، ويمكن أن تصل السعة المركبة لمحطات الطاقة إلى جيجاوات.في الوقت الحاضر ، يتم ضخ أكبر مخزون للطاقة وأكثرها نضجًا في العالم.
تقنية التخزين بالضخ ناضجة ومستقرة ، ولها فوائد شاملة عالية ، وغالبًا ما تستخدم في ذروة التنظيم والنسخ الاحتياطي.يعد التخزين بالضخ من أكثر التقنيات استخدامًا ونضجًا في تخزين الطاقة على نطاق واسع ، ويمكن أن تصل السعة المركبة لمحطات الطاقة إلى جيجاوات.

وفقًا للإحصاءات غير المكتملة للجنة المهنية لتخزين الطاقة التابعة لرابطة أبحاث الطاقة الصينية ، يعد ضخ المياه حاليًا أكثر أنظمة تخزين الطاقة نضجًا وأكبرها تركيبًا في العالم.اعتبارًا من عام 2019 ، بلغت سعة تخزين الطاقة التشغيلية في العالم 180 مليون كيلوواط ، وتجاوزت السعة المركبة لطاقة التخزين التي يتم ضخها 170 مليون كيلوواط ، وهو ما يمثل 94٪ من إجمالي تخزين الطاقة في العالم.
تستخدم محطات توليد الطاقة بالضخ والتخزين الكهرباء المولدة خلال فترة الحمل المنخفض لنظام الطاقة لضخ المياه إلى مكان مرتفع للتخزين ، وإطلاق المياه لتوليد الكهرباء خلال فترات التحميل القصوى.عندما يكون الحمل منخفضًا ، يكون المستخدم هو محطة طاقة التخزين التي يتم ضخها ؛عندما تكون الحمولة في الذروة ، فهي محطة توليد الكهرباء.
وحدة التخزين التي يتم ضخها لها وظيفتان أساسيتان: ضخ المياه وتوليد الكهرباء.تعمل الوحدة كتوربينات مائية عندما يكون حمل نظام الطاقة في ذروته.يتم ضبط فتح ريشة التوجيه لتوربينات المياه من خلال نظام الحاكم ، ويتم تحويل الطاقة الكامنة للماء إلى طاقة ميكانيكية لدوران الوحدة ، ثم يتم تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية من خلال المولد ؛
عندما يكون حمل نظام الطاقة منخفضًا ، يتم استخدام مضخة المياه لضخ المياه من الخزان السفلي إلى الخزان العلوي.من خلال الضبط التلقائي لنظام الحاكم ، يتم ضبط فتحة ريشة التوجيه تلقائيًا وفقًا لرفع المضخة ، ويتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة محتملة للمياه وتخزينها..

محطات طاقة التخزين التي يتم ضخها هي المسؤولة بشكل أساسي عن تنظيم الذروة وتنظيم التردد والنسخ الاحتياطي في حالات الطوارئ والبدء الأسود لنظام الطاقة ، والتي يمكن أن تحسن وتوازن حمل نظام الطاقة ، وتحسن جودة إمداد الطاقة والفوائد الاقتصادية لنظام الطاقة ، و هي العمود الفقري لضمان التشغيل الآمن والاقتصادي والمستقر لشبكة الطاقة..تُعرف محطات توليد الطاقة التي يتم تخزينها بالضخ باسم "المثبتات" و "المنظمين" و "الموازنات" في التشغيل الآمن لشبكات الطاقة.
إن اتجاه تطوير محطات طاقة التخزين التي يتم ضخها في العالم هو رأس مرتفع وسعة كبيرة وسرعة عالية.يعني الرأس المرتفع أن الوحدة تتطور إلى رأس أعلى ، وتعني السعة الكبيرة أن سعة وحدة واحدة تتزايد باستمرار ، وتعني السرعة العالية أن الوحدة تعتمد سرعة محددة أعلى.

هيكل وخصائص محطة الطاقة
تشمل المباني الرئيسية لمحطة تخزين الطاقة التي يتم ضخها بشكل عام: الخزان العلوي والخزان السفلي ونظام توصيل المياه وورشة العمل والمباني الخاصة الأخرى.مقارنةً بمحطات الطاقة الكهرومائية التقليدية ، تتميز الهياكل الهيدروليكية لمحطات توليد الطاقة بالضخ بالخصائص الرئيسية التالية:
توجد خزانات علوية وسفلية.بالمقارنة مع محطات الطاقة الكهرومائية التقليدية بنفس السعة المركبة ، فإن سعة خزان محطات توليد الطاقة بالضخ والتخزين عادة ما تكون صغيرة نسبيًا.
يتقلب مستوى الماء في الخزان بشكل كبير ويرتفع وينخفض ​​بشكل متكرر.من أجل القيام بمهمة حلاقة الذروة وتعبئة الوادي في شبكة الطاقة ، يكون التباين اليومي لمستوى مياه الخزان لمحطة تخزين الطاقة التي يتم ضخها كبيرًا نسبيًا ، ويتجاوز عمومًا 10-20 مترًا ، وتصل بعض محطات الطاقة إلى 30- 40 مترًا ، ومعدل تغيير منسوب مياه الخزان سريع نسبيًا ، حيث يصل عمومًا إلى 5 ~ 8 متر / ساعة ، وحتى 8 ~ 10 متر / ساعة.
متطلبات منع تسرب الخزان عالية.إذا تسببت محطة طاقة التخزين النقية بالضخ في فقد كمية كبيرة من المياه بسبب تسرب الخزان العلوي ، فسيتم تقليل توليد الطاقة لمحطة الطاقة.في الوقت نفسه ، من أجل منع تسرب المياه من تدهور الظروف الهيدروجيولوجية في منطقة المشروع ، مما يؤدي إلى أضرار التسرب والتسرب المركز ، يتم أيضًا وضع متطلبات أعلى لمنع تسرب الخزان.
رأس الماء مرتفع.رأس محطة طاقة التخزين التي يتم ضخها مرتفع بشكل عام ، معظمه من 200 إلى 800 متر.تعد محطة توليد الطاقة Jixi التي يتم ضخها وتخزينها بسعة إجمالية مركّبة تبلغ 1.8 مليون كيلوواط أول مشروع في بلدي يبلغ طوله 650 مترًا ، ومحطة طاقة تخزين ضخ وتخزين دنهوا بسعة إجمالية مركّبة تبلغ 1.4 مليون كيلوواط هي أول 700- مشروع قسم رأس المتر.مع التطوير المستمر لتكنولوجيا التخزين بالضخ ، سيزداد عدد محطات الطاقة عالية الرأس وذات السعة الكبيرة في بلدي.
تم تركيب الوحدة على ارتفاع منخفض.من أجل التغلب على تأثير الطفو والتسرب على محطة توليد الطاقة ، فإن محطات توليد الطاقة ذات الضخ والتخزين الواسع النطاق التي تم بناؤها في الداخل والخارج في السنوات الأخيرة تعتمد في الغالب شكل محطات توليد الطاقة تحت الأرض.

أقدم محطة طاقة للتخزين بالضخ في العالم هي محطة الطاقة Netra للتخزين بالضخ في زيورخ ، سويسرا ، والتي تم بناؤها في عام 1882. بدأ إنشاء محطات طاقة التخزين بالضخ في الصين في وقت متأخر نسبيًا.تم تركيب أول وحدة قابلة للانعكاس ذات التدفق المائل في خزان جانجنان في عام 1968. وفي وقت لاحق ، مع التطور السريع لصناعة الطاقة المحلية ، زادت السعة المركبة للطاقة النووية والطاقة الحرارية بسرعة ، مما تطلب أن يكون نظام الطاقة مزودًا بوحدات تخزين مضخوخة مقابلة .
منذ الثمانينيات من القرن الماضي ، بدأت الصين في بناء محطات طاقة كبيرة الضخ للتخزين بقوة.في السنوات الأخيرة ، مع التطور السريع لاقتصاد بلدي وصناعة الطاقة ، حقق بلدي إنجازات علمية وتكنولوجية مثمرة في استقلالية المعدات لوحدات التخزين التي يتم ضخها على نطاق واسع.
بحلول نهاية عام 2020 ، بلغت القدرة المركبة لتوليد طاقة التخزين بالضخ في بلدي 31.49 مليون كيلووات ، بزيادة قدرها 4.0٪ عن العام السابق.في عام 2020 ، بلغت القدرة الوطنية لتوليد طاقة الضخ والتخزين 33.5 مليار كيلوواط ساعة ، بزيادة قدرها 5.0٪ عن العام السابق ؛بلغت قدرة توليد الطاقة المُضافة حديثًا في البلاد من خلال الضخ والتخزين 1.2 مليون كيلوواط ساعة.تحتل محطات توليد الطاقة بالضخ والتخزين في بلدي المرتبة الأولى في العالم سواء في الإنتاج أو تحت الإنشاء.

لقد أولت شركة State Grid Corporation في الصين دائمًا أهمية كبيرة لتطوير التخزين بالضخ.في الوقت الحاضر ، تمتلك State Grid 22 محطة طاقة للتخزين بالضخ قيد التشغيل و 30 محطة طاقة للتخزين بالضخ قيد الإنشاء.
في عام 2016 ، بدأ بناء خمس محطات طاقة للتخزين بالضخ في Zhen'an و Shaanxi و Jurong و Jiangsu و Qingyuan و Liaoning و Xiamen و Fujian و Fukang في شينجيانغ ؛
في عام 2017 ، بدأ بناء ست محطات طاقة للتخزين بالضخ في مقاطعة Yi في Hebei ، و Zhirui من منغوليا الداخلية ، و Ninghai of Zhejiang ، و Jinyun of Zhejiang ، و Luoning of Henan ، و Pingjiang of Hunan ؛
في عام 2019 ، بدأ بناء خمس محطات طاقة للتخزين بالضخ في Funing في Hebei و Jiaohe في Jilin و Qujiang في Zhejiang و Weifang في Shandong و Hami في شينجيانغ ؛
في عام 2020 ، سيبدأ البناء أربع محطات طاقة للتخزين بالضخ في Shanxi Yuanqu و Shanxi Hunyuan و Zhejiang Pan'an و Shandong Tai'an.

أول محطة طاقة للتخزين في بلدي يتم ضخها مع معدات وحدة مستقلة تمامًا.في أكتوبر 2011 ، تم الانتهاء من محطة الطاقة بنجاح ، مما يشير إلى أن بلدي قد أتقن بنجاح التكنولوجيا الأساسية لتطوير معدات وحدة التخزين المضغوطة.
في أبريل 2013 ، تم تشغيل محطة طاقة تخزين ضخ Fujian Xianyou رسميًا لتوليد الطاقة ؛في أبريل 2016 ، تم توصيل محطة الطاقة التخزينية التي يتم ضخها من Zhejiang Xianju بسعة وحدة تبلغ 375000 كيلووات بنجاح بالشبكة.لقد تم تعميم المعدات المستقلة لوحدات التخزين التي يتم ضخها على نطاق واسع في بلدي وتطبيقها بشكل مستمر.
أول محطة طاقة بضخ التخزين والتخزين في بلدي بطول 700 متر.القدرة الإجمالية المركبة 1.4 مليون كيلووات.في 4 يونيو 2021 ، تم تشغيل الوحدة الأولى لتوليد الكهرباء.
محطة توليد الطاقة بالضخ والتخزين ذات السعة المركبة الأكبر في العالم قيد الإنشاء حاليًا.القدرة الإجمالية المركبة 3.6 مليون كيلووات.
التخزين بالضخ يتميز بخصائص أساسية وشاملة وعامّة.يمكن أن تشارك في خدمات التنظيم لمصدر نظام الطاقة الجديد ، والشبكة ، ووصلات التحميل والتخزين ، والفوائد الشاملة أكثر أهمية.إنه يحمل مثبت مصدر الطاقة الآمن لنظام الطاقة ، وموازن نظيف منخفض الكربون وكفاءة عالية وظيفة مهمة لمنظم التشغيل.
الأول هو التعامل بفعالية مع نقص القدرة الاحتياطية الموثوقة لنظام الطاقة تحت اختراق نسبة عالية من الطاقة الجديدة.مع ميزة تنظيم ذروة السعة المزدوجة ، يمكننا تحسين قدرة تنظيم الذروة ذات السعة الكبيرة لنظام الطاقة ، وتخفيف مشكلة إمداد الحمولة القصوى الناتجة عن عدم استقرار الطاقة الجديدة وحمل الذروة الناجم عن الحوض الصغير.يمكن لصعوبات الاستهلاك الناجمة عن التطوير الواسع النطاق للطاقة الجديدة خلال الفترة أن تعزز بشكل أفضل استهلاك الطاقة الجديدة.
والثاني هو التعامل بفاعلية مع عدم التوافق بين خصائص خرج الطاقة الجديدة والطلب على الحمل ، بالاعتماد على قدرة التعديل المرنة للاستجابة السريعة ، للتكيف بشكل أفضل مع العشوائية وتقلب الطاقة الجديدة ، ولتلبية طلب التعديل المرن بواسطة طاقة جديدة "حسب الطقس".
والثالث هو التعامل بفعالية مع اللحظة غير الكافية من القصور الذاتي لنظام الطاقة الجديد عالي النسبة.مع ميزة اللحظة العالية من القصور الذاتي للمولد المتزامن ، يمكن أن يعزز بشكل فعال قدرة النظام على مقاومة الاضطرابات والحفاظ على استقرار تردد النظام.
الرابع هو التعامل بفعالية مع التأثير المحتمل للسلامة للنموذج "مزدوج الارتفاع" على نظام الطاقة الجديد ، والاضطلاع بوظيفة النسخ الاحتياطي في حالات الطوارئ ، والاستجابة لاحتياجات الضبط المفاجئة في أي وقت من خلال إمكانات بدء التشغيل السريع وإمكانيات زيادة الطاقة السريعة .في نفس الوقت ، كحمل قابل للمقاطعة ، يمكنه إزالة الحمل المقدر لوحدة الضخ بأمان مع استجابة ميلي ثانية ، وتحسين التشغيل الآمن والمستقر للنظام.
الخامس هو التعامل بشكل فعال مع تكاليف التعديل المرتفعة الناتجة عن توصيل شبكة الطاقة الجديدة على نطاق واسع.من خلال طرق التشغيل المعقولة ، جنبًا إلى جنب مع الطاقة الحرارية لتقليل الكربون وزيادة الكفاءة ، وتقليل التخلي عن الرياح والضوء ، وتعزيز تخصيص السعة ، وتحسين الاقتصاد الكلي والتشغيل النظيف للنظام بأكمله.

تعزيز تحسين وتكامل موارد البنية التحتية ، وتنسيق إدارة السلامة والجودة والتقدم في 30 مشروعًا قيد الإنشاء ، وتعزيز البناء الآلي والتحكم الذكي والبناء القياسي ، وتحسين فترة البناء ، والتأكد من أن سعة التخزين التي يتم ضخها ستتجاوز 20 مليونًا خلال فترة "الخطة الخمسية الرابعة عشر".كيلووات ، وستتجاوز القدرة التشغيلية المركبة 70 مليون كيلووات بحلول عام 2030.
والثاني هو العمل الجاد على الإدارة الرشيقة.تعزيز التوجيه التخطيطي ، بالتركيز على هدف "الكربون المزدوج" وتنفيذ استراتيجية الشركة ، وإعداد عالي الجودة لخطة التنمية الخمسية الرابعة عشرة للتخزين بالضخ.تحسين إجراءات العمل الأولية للمشروع علميًا ، ودفع دراسة جدوى المشروع والموافقة عليها بطريقة منظمة.مع التركيز على السلامة والجودة وفترة البناء والتكلفة ، يعزز بقوة الإدارة والتحكم الذكي والبناء الآلي والبناء الأخضر للبناء الهندسي لضمان أن تحقق المشاريع قيد الإنشاء فوائد في أقرب وقت ممكن.
تعميق إدارة دورة حياة المعدات ، وتعميق البحث في خدمة شبكة الطاقة للوحدات ، وتحسين استراتيجية تشغيل الوحدات ، وخدمة التشغيل الآمن والمستقر لشبكة الطاقة بشكل كامل.تعميق الإدارة الرشيقة متعددة الأبعاد ، وتسريع بناء سلسلة التوريد الذكية الحديثة ، وتحسين نظام إدارة المواد ، وتخصيص رأس المال والموارد والتكنولوجيا والبيانات وعوامل الإنتاج الأخرى علميًا ، وتحسين الجودة والكفاءة بقوة ، وتحسين كفاءة الإدارة بشكل شامل و الكفاءة التشغيلية.
والثالث هو السعي لتحقيق اختراقات في الابتكار التكنولوجي.التنفيذ المتعمق لـ "خطة العمل الجديدة للقفزة المستقبلية" للابتكار العلمي والتكنولوجي ، وزيادة الاستثمار في البحث العلمي ، وتحسين قدرة الابتكار المستقل.زيادة تطبيق تقنية وحدة السرعة المتغيرة ، وتعزيز البحث التكنولوجي وتطوير وحدات ذات سعة كبيرة تبلغ 400 ميغاواط ، وتسريع بناء مختبرات نموذج توربينات المضخات ومختبرات المحاكاة ، وبذل كل جهد لبناء ابتكار علمي وتكنولوجي مستقل برنامج.
تحسين تخطيط البحث العلمي وتخصيص الموارد ، وتعزيز البحث حول التكنولوجيا الأساسية للتخزين بالضخ ، والسعي للتغلب على المشكلة التقنية المتمثلة في "العنق المتعثر".تعميق البحث حول تطبيق التقنيات الجديدة مثل "Big Cloud IoT Smart Chain" ، والنشر الشامل لبناء محطات الطاقة الرقمية الذكية ، وتسريع التحول الرقمي للمؤسسات.