Evolução e Desenvolvimento do Armazenamento por Bombeamento

Evolução e Desenvolvimento do Armazenamento por Bombeamento

O valor funcional único das centrais hidrelétricas de bombeamento as torna uma parte importante do sistema elétrico da maioria dos países. O ajuste da estrutura energética e o desenvolvimento do sistema elétrico do meu país exigem centrais hidrelétricas de bombeamento de certa escala. Portanto, as centrais hidrelétricas de bombeamento são de grande importância para a transformação energética e a construção de novos sistemas elétricos.

O papel das usinas hidrelétricas de bombeamento

Tanto o corte de picos quanto o preenchimento de vales

A central hidrelétrica de bombeamento é uma forma especial de usina hidrelétrica. Durante os períodos de pico de demanda do sistema elétrico, ela pode ser utilizada como uma usina hidrelétrica para gerar eletricidade e participar da regulação de pico; durante os períodos de baixa demanda, ela também pode ser utilizada como uma estação de bombeamento para absorver eletricidade a baixo custo e bombear o ar para ajustar a potência. A diferença entre os períodos de pico e vale do sistema pode melhorar as características de carga diária do sistema elétrico e as condições de operação de grandes usinas termelétricas e nucleares. Ao mesmo tempo, também pode reduzir os custos de geração de energia, a poluição ambiental e os gastos com proteção ambiental em usinas termelétricas. Portanto, o benefício econômico da redução da demanda de pico proporcionado pela central hidrelétrica de bombeamento em comparação com usinas termelétricas é significativo.

fonte de alimentação de emergência

As unidades de usinas hidrelétricas de bombeamento iniciam e param rapidamente. Geralmente, leva apenas de 2 a 3 minutos da partida até a geração de energia em plena carga, e ainda menos tempo na descarga, cerca de 3 minutos. Como as falhas no sistema elétrico costumam ser repentinas, para garantir a segurança da rede elétrica e atender às necessidades dos usuários, é fundamental investir em capacidade de reserva de emergência com antecedência. A usina hidrelétrica de bombeamento é a melhor solução para realizar tarefas de backup de emergência no sistema elétrico e representa uma fonte de energia de segurança ideal para situações de emergência.

Aceitar tarefas temporárias

A unidade de armazenamento por bombeamento possui alta velocidade de partida e uma elevada taxa de sucesso, sendo capaz de executar tarefas temporárias, como a substituição de algumas unidades termelétricas a carvão que param de operar ou não conseguem iniciar no prazo previsto. Ao mesmo tempo, como a unidade de armazenamento por bombeamento pode ser utilizada tanto como fonte de energia quanto como carga, ela pode operar em estreita colaboração durante o corte de carga e os testes de vibração em plena carga durante a operação experimental de unidades nucleares, hidrelétricas e termelétricas de alta potência, o que torna o despacho da rede mais eficiente, prático e simples.

Implementar modulação de frequência e modulação de fase

A característica da geração de energia elétrica é que a produção, o fornecimento e a venda ocorrem simultaneamente. Se a oferta exceder a demanda, o ciclo se elevará, e vice-versa. O ciclo padrão nacional é de 50 Hz, e a faixa de variação permitida é de 49,8 a 50,2 Hz; caso contrário, a qualidade do fornecimento de energia é considerada inadequada. Devido à flexibilidade de uso das unidades de bombeamento, à forte capacidade de resposta, à alta velocidade de geração e de subida e descida, e à capacidade de acompanhar rapidamente as mudanças na carga da rede, elas têm a capacidade de realizar tarefas de modulação de frequência na rede, sendo a usina de modulação de frequência mais adequada para o sistema elétrico. Ao mesmo tempo, não apenas a potência ativa, mas também a potência reativa precisam estar equilibradas no sistema elétrico para manter a tensão da rede estável; caso contrário, a qualidade do fornecimento de energia fica comprometida. Portanto, algumas unidades do sistema elétrico precisam realizar a modulação de fase. A modulação de fase das unidades de bombeamento consome menos energia e é fácil de controlar. É a melhor solução para a tarefa de modulação de fase no sistema elétrico.

Uma breve introdução ao desenvolvimento do armazenamento por bombeamento.

A usina hidrelétrica de bombeamento surgiu na Suíça em 1882, e seu principal objetivo inicial era armazenar água. Na primeira metade do século XX, o desenvolvimento das usinas de bombeamento foi lento. Até o final da Segunda Guerra Mundial, em 1945, pouco mais de 50 usinas desse tipo estavam em operação no mundo, concentradas principalmente nos Estados Unidos, Japão e alguns países europeus.

Das décadas de 1960 a 1980, houve um período de intenso desenvolvimento de usinas hidrelétricas de bombeamento, especialmente entre as décadas de 1970 e 1980, que marcaram o auge desse setor. Após a Segunda Guerra Mundial, os países europeus e americanos vivenciaram 20 anos de rápido desenvolvimento econômico, o que aumentou a demanda por energia e melhorou o padrão de vida da população, resultando em um aumento expressivo da diferença entre o consumo de energia nos horários de pico e de menor demanda. As usinas hidrelétricas de bombeamento, com seu bom desempenho em suprir a demanda nos horários de pico e de menor demanda, abriram oportunidades para um rápido desenvolvimento. Na década de 1960, a capacidade instalada dessas usinas aumentou em média 1.259 MW por ano, enquanto nas décadas de 1970 e 1980, os aumentos foram de 3.051 MW e 4.036 MW, respectivamente.

Após a década de 1990, a taxa de crescimento da economia mundial caiu drasticamente. A desaceleração econômica levou a uma desaceleração no crescimento da demanda por energia elétrica. A taxa média anual de crescimento da construção de usinas hidrelétricas de bombeamento caiu de 6,45% na década de 1980 para 1,55%.

De acordo com os dados mais recentes do "White Paper on Energy Storage Industry Research 2023", a escala cumulativa de armazenamento de energia em operação em todo o mundo em 2022 será de 237,2 GW, com uma taxa de crescimento anual de 15%; a proporção da capacidade instalada cumulativa de armazenamento por bombeamento será inferior a 80% pela primeira vez, uma queda anual de 6,8%.

As usinas hidrelétricas de bombeamento por bombeamento do meu país começaram a operar relativamente tarde. Na década de 1960, uma unidade reversível de fluxo diagonal com capacidade unitária de 11.000 kW, importada do Japão, foi instalada na Usina Hidrelétrica de Gangnan, na província de Hebei, e duas unidades de fabricação nacional foram instaladas na Usina Hidrelétrica de Miyun, em Pequim. Com capacidade unitária de 11.000 kW, as unidades reversíveis de fluxo diagonal transformam as usinas hidrelétricas de Gangnan e Miyun em usinas híbridas, capazes não só de gerar eletricidade convencionalmente, mas também de bombear água para armazenamento energético.

Nos últimos anos, com a transformação energética para fontes verdes e de baixo carbono, a escala da indústria de usinas hidrelétricas de bombeamento na China tem se expandido constantemente, e o sistema de cadeia produtiva já está praticamente consolidado. De acordo com dados da Administração Nacional de Energia, em 2022, a capacidade instalada de armazenamento por bombeamento na China atingirá 8,8 GW. Até o final de 2022, a capacidade instalada acumulada de armazenamento por bombeamento chegará a 45,19 GW, um aumento de 24,18% em comparação com 2021, representando 25% do mercado global total. A taxa de crescimento é de 38%.

Em 2021, a Administração Nacional de Energia emitiu o “Plano de Desenvolvimento de Médio e Longo Prazo para Usinas Hidrelétricas de Bombeamento (2021-2035)” para orientar a construção de usinas hidrelétricas de bombeamento e acelerar ainda mais a política energética. Estima-se que a capacidade instalada alcance 62 GW até 2025 e cerca de 120 GW até 2030. Como uma tecnologia de conversão de energia, as usinas hidrelétricas de bombeamento podem aprimorar a estrutura da rede elétrica e melhorar seu desempenho em termos de segurança, sendo altamente valorizadas pelo Estado.

Problema de posicionamento do armazenamento por bombeamento

A avaliação de usinas hidrelétricas de bombeamento geralmente se baseia no preço da energia na rede. Essa visão relativamente unilateral leva a uma compreensão inadequada do posicionamento funcional dessas usinas no sistema elétrico. A usina de bombeamento é analisada sem distinguir as diferenças funcionais entre ela e uma usina convencional, focando-se apenas em suas deficiências de curto prazo e ignorando a economia do sistema, bem como seu papel fundamental na operação segura e estável do sistema elétrico e na garantia da qualidade do fornecimento de energia. A percepção inercial dos altos preços da energia na rede e da baixa eficiência econômica tem afetado seriamente a avaliação correta das usinas de bombeamento.

A usina hidrelétrica de bombeamento depende principalmente dos benefícios dinâmicos na rede elétrica, e o preço da eletricidade injetada na rede reflete apenas a quantidade de energia gerada pela usina, que é relativamente baixa em comparação com as usinas hidrelétricas convencionais, cerca de um quarto da energia gerada por estas últimas. Além disso, a geração de energia das usinas de bombeamento está frequentemente relacionada ao nível de carga da rede, à estrutura de fontes de energia e ao desenvolvimento econômico regional, sendo, portanto, difícil de determinar. A baixa geração de energia das usinas de bombeamento é o resultado inevitável da otimização do sistema. Se o preço da eletricidade injetada na rede for usado como único indicador para a localização de projetos de bombeamento, isso terá um grande impacto negativo na aprovação dos projetos, o que é extremamente desfavorável ao ajuste da estrutura de energia atual. Para a rede elétrica, a crescente preocupação é fornecer mais energia, o que, consequentemente, impede que os benefícios das usinas de bombeamento sejam totalmente aproveitados, afetando indiretamente o entusiasmo pela construção dessas usinas.

A ideia de desenvolvimento do armazenamento por bombeamento

Coordenação e integração com o planejamento energético

O planejamento do armazenamento por bombeamento deve ser orientado pelo planejamento de desenvolvimento da indústria de energia elétrica e deve ser planejado de forma unificada com outras fontes de energia e redes elétricas, de modo a desempenhar efetivamente o papel ativo das usinas na garantia da segurança e estabilidade da rede elétrica, melhorando a eficiência operacional do sistema e realizando a alocação ideal de recursos na maior extensão possível.

Altamente adaptável à estratégia energética.

O planejamento de usinas hidrelétricas de bombeamento deve se adaptar à estratégia nacional de desenvolvimento energético, ao atual ajuste da estrutura energética, ao contexto de desenvolvimento verde, de baixo carbono e limpo, e atender aos novos requisitos de operação segura do sistema elétrico e ao desenvolvimento de novas fontes de energia para a construção de usinas hidrelétricas de bombeamento.

Fortalecer o planejamento unificado das usinas de energia.

A construção de uma central hidroelétrica de bombeamento deve levar em consideração a estrutura de energia, o layout da rede elétrica, o desenvolvimento da mesma, as características da carga e a interligação nacional, entre outros fatores relacionados, bem como o posicionamento adequado das funções da central nas extremidades de envio e recebimento, para determinar a proporção, o layout e o cronograma de construção adequados da central, de modo que a construção e o desenvolvimento de usinas hidroelétricas de bombeamento ocorram de maneira científica e ordenada.

Levando em consideração os benefícios abrangentes da diversificação

No processo de promoção da construção de usinas hidrelétricas de bombeamento, o levantamento e a seleção dos locais para a usina devem ser feitos criteriosamente, garantindo que a escala da usina seja adequada, as condições sejam favoráveis, os indicadores sejam positivos e o impacto sobre o meio ambiente seja mínimo. Com base nisso, é possível avaliar os benefícios energéticos abrangentes do bombeamento, elaborar planos de construção detalhados, etc.

Acelerar os trabalhos preliminares da central elétrica

De acordo com os princípios de proximidade ao centro de carga, terreno favorável, condições geológicas e indicadores técnicos, a seleção do local para usinas hidrelétricas de bombeamento deve ser realizada de forma abrangente e sistemática, aprimorando o andamento dos trabalhos preliminares, preparando reservas para o projeto com antecedência e garantindo a implementação dos planos de construção das usinas de bombeamento.

Busque um retorno razoável sobre o investimento.

Atualmente, os custos de construção e operação de usinas hidrelétricas de bombeamento no meu país são basicamente arcados pelas empresas de distribuição de energia, o que aumenta substancialmente a pressão operacional sobre essas empresas. No futuro, será considerado um cálculo racional dos custos de investimento e operação dessas usinas, e serão feitos esforços para incluí-los integralmente nos custos operacionais da rede, além de ser estabelecido um mecanismo de precificação da energia elétrica científico e completo.

Em resumo, com o desenvolvimento contínuo da indústria de armazenamento por bombeamento do meu país e a orientação ativa das políticas nacionais, as usinas hidrelétricas de armazenamento por bombeamento receberão mais responsabilidades e missões. Num futuro próximo, meu país entrará numa era de ouro para a indústria de armazenamento por bombeamento.