Evolución y desarrollo del almacenamiento por bombeo

Evolución y desarrollo del almacenamiento por bombeo

El valor funcional único de las centrales eléctricas de bombeo las convierte en una parte importante del sistema eléctrico de la mayoría de los países. La adaptación de la estructura energética y el desarrollo del sistema eléctrico de mi país requieren centrales eléctricas de bombeo de cierta escala. Por lo tanto, estas centrales son de gran importancia para la transformación energética y la construcción de nuevos sistemas eléctricos.

El papel de las centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo

Tanto el afeitado de picos como el relleno de valles

La central hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo es un tipo especial de central hidroeléctrica. Durante el período de máxima demanda del sistema eléctrico, puede utilizarse como central hidroeléctrica para generar electricidad y participar en la regulación de picos; durante el período de baja demanda, también puede utilizarse como estación de bombeo para absorber electricidad de bajo costo y almacenarla para ajustar la potencia. La diferencia de demanda entre picos y valles del sistema puede mejorar las características de la carga diaria del sistema eléctrico y las condiciones de operación de las centrales térmicas y nucleares a gran escala. Al mismo tiempo, también puede reducir los costos de generación de energía, mejorar la contaminación ambiental y reducir los gastos de protección ambiental de la energía térmica. Por lo tanto, el beneficio económico de la central hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo en la reducción de picos en comparación con la central térmica es significativo.

fuente de alimentación de emergencia

Las centrales eléctricas de bombeo arrancan y se detienen rápidamente. Suelen tardar solo de 2 a 3 minutos desde el arranque hasta la generación de energía a plena carga, e incluso menos durante la descarga, con tan solo unos 3 minutos. Dado que los accidentes en el sistema eléctrico suelen ser repentinos, para garantizar la seguridad de la red eléctrica y las necesidades de los usuarios, es necesario invertir a tiempo en capacidad de reserva de emergencia. La central eléctrica de bombeo es la mejor solución para realizar tareas de respaldo de emergencia en el sistema eléctrico y constituye una fuente de alimentación de seguridad ideal para emergencias.

Asumir tareas temporales

La unidad de almacenamiento por bombeo presenta una rápida velocidad de arranque y una alta tasa de éxito, y es capaz de realizar tareas temporales, como la parada de algunas centrales eléctricas de carbón que no arrancan a tiempo, lo que requiere su reemplazo temporal. Al mismo tiempo, dado que la unidad de almacenamiento por bombeo puede utilizarse tanto como fuente de energía como como carga, puede cooperar estrechamente durante las pruebas de deslastre de carga y vibración a plena carga durante la operación de prueba de centrales nucleares, hidráulicas y térmicas de alta potencia, lo que aumenta la eficiencia del despacho de la red. Es práctica y sencilla.

Realizar modulación de frecuencia y modulación de fase

La producción de energía eléctrica se caracteriza por la producción, el suministro y la venta simultáneas. Si la oferta supera la demanda, el ciclo se eleva, y viceversa. El ciclo estándar nacional es de 50 Hz, con un rango de variación admisible de 49,8 a 50,2 Hz; de lo contrario, la calidad del suministro eléctrico es deficiente. Gracias a la flexibilidad de uso de las unidades de almacenamiento por bombeo, su gran capacidad de ascenso, su rápida producción y sus velocidades de subida y bajada, y su capacidad para rastrear rápidamente los cambios de carga de la red, estas unidades pueden realizar tareas de modulación de frecuencia de la red y se convierten en la central eléctrica de modulación de frecuencia más idónea del sistema eléctrico. Al mismo tiempo, es necesario equilibrar tanto la potencia activa como la reactiva en el sistema eléctrico para mantener estable la tensión de la red; de lo contrario, la calidad del suministro eléctrico es difícil de garantizar, por lo que algunas unidades del sistema eléctrico deben realizar la tarea de modulación de fase. La modulación de fase de la unidad de almacenamiento por bombeo consume menos energía y es fácil de controlar. Es la mejor solución para la tarea de modulación de fase en el sistema eléctrico.

Una breve introducción al desarrollo del almacenamiento por bombeo

La central hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo nació en Suiza en 1882, y su principal propósito inicial fue almacenar agua. En la primera mitad del siglo XX, el desarrollo de las centrales hidroeléctricas de almacenamiento por bombeo fue lento. Hasta el final de la Segunda Guerra Mundial en 1945, solo se pusieron en funcionamiento más de 50 centrales hidroeléctricas de almacenamiento por bombeo en el mundo, distribuidas principalmente en Estados Unidos, Japón y algunos países europeos.

Desde la década de 1960 hasta la década de 1980, fue un período de vigoroso desarrollo de las centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo, especialmente desde la década de 1970 hasta la década de 1980, marcando el comienzo de la época dorada para el desarrollo de las centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo. Después de la Segunda Guerra Mundial, los países europeos y americanos han experimentado 20 años de rápido desarrollo económico, la carga de energía ha aumentado en consecuencia y el nivel de vida del público ha mejorado, lo que resulta en un rápido aumento en la diferencia entre el consumo de energía pico y valle. Las centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo con buen rendimiento de afeitado de picos y llenado de valles marcaron el comienzo de oportunidades para un rápido desarrollo. En la década de 1960, la capacidad instalada de las centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo aumentó en un promedio de 1.259 MW por año, mientras que en las décadas de 1970 y 1980, aumentaron en 3.051 MW y 4.036 MW respectivamente.

Después de la década de 1990, la tasa de crecimiento de la economía mundial se redujo drásticamente. La desaceleración económica provocó una desaceleración en el crecimiento de la demanda de energía eléctrica. La tasa de crecimiento anual promedio de la construcción de centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo disminuyó del 6,45 % en la década de 1980 al 1,55 %.

Según los últimos datos del “Libro Blanco sobre Investigación de la Industria de Almacenamiento de Energía 2023”, la escala acumulada del almacenamiento de energía global en funcionamiento en 2022 será de 237,2 GW, con una tasa de crecimiento anual del 15%; la proporción de capacidad instalada acumulada de almacenamiento por bombeo será inferior al 80% por primera vez, una disminución interanual del 6,8%.

La central hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo de mi país empezó a operar relativamente tarde. En la década de 1960, se instaló una unidad de flujo diagonal reversible con una capacidad de 11.000 kW, importada de Japón, en la central hidroeléctrica de Gangnan, en la provincia de Hebei, y dos unidades de producción nacional se instalaron en la central hidroeléctrica de Miyun, en Pekín. La capacidad de cada unidad es de 11.000 kW, lo que convierte a las centrales hidroeléctricas de Gangnan y Miyun en una central híbrida, capaz no solo de generar electricidad convencional, sino también de bombear agua para el almacenamiento de energía.

En los últimos años, con la transformación energética hacia energías verdes y bajas en carbono, la industria de centrales eléctricas de bombeo de mi país ha experimentado una expansión constante, y se ha consolidado la cadena industrial. Según datos de la Administración Nacional de Energía, en 2022, la capacidad de almacenamiento por bombeo recién instalada en China alcanzará los 8,8 GW. Para finales de 2022, la capacidad instalada acumulada de almacenamiento por bombeo alcanzará los 45,19 GW, un aumento del 24,18 % con respecto a 2021, lo que representa el 25 % del mercado mundial. Esta tasa es del 38 %.

En 2021, la Administración Nacional de Energía emitió el "Plan de Desarrollo a Mediano y Largo Plazo de Centrales de Bombeo (2021-2035)" para orientar la construcción de centrales eléctricas de bombeo y acelerar aún más esta política. Se estima que la capacidad instalada alcanzará los 62 GW para 2025 y unos 120 GW para 2030. Como tecnología de conversión de energía, las centrales eléctricas de bombeo pueden mejorar la estructura de la red y su seguridad, y han sido muy valoradas por el estado.

Problema de posicionamiento del almacenamiento por bombeo

La evaluación de las centrales eléctricas de bombeo se basa generalmente en el precio de la red. Esta visión relativamente parcial conlleva una falta de comprensión de su posicionamiento funcional en el sistema eléctrico. La central eléctrica de bombeo se forma al no distinguir las diferencias funcionales entre la central eléctrica de bombeo y la central eléctrica convencional, considerando únicamente sus deficiencias a corto plazo, ignorando la economía del sistema y su importante papel en la operación segura y estable del sistema eléctrico, así como en la garantía de calidad del suministro eléctrico. La inercia de los altos precios de la electricidad en la red y la baja eficiencia económica han afectado gravemente la correcta evaluación de las centrales eléctricas de bombeo.

Las centrales eléctricas de bombeo se basan principalmente en los beneficios dinámicos de la red eléctrica, y el precio de la electricidad conectada a la red solo refleja la cantidad de energía generada, que es relativamente baja en comparación con las centrales hidroeléctricas convencionales, aproximadamente una cuarta parte de la energía generada por estas. La generación de energía de las centrales eléctricas de bombeo suele estar estrechamente relacionada con el nivel de carga de la red, la estructura de la fuente de energía y el desarrollo económico regional, por lo que es difícil de determinar. La baja generación de energía de las centrales eléctricas de bombeo es el resultado inevitable de la optimización del sistema. Si solo se utiliza el precio de la electricidad conectada a la red como único indicador para localizar proyectos de bombeo, esto tendrá un gran impacto negativo en la aprobación del proyecto, lo cual es extremadamente desfavorable para el ajuste actual de la estructura energética. En cuanto a la red eléctrica, se presta mayor atención al suministro de energía con mayor potencia, etc. La aparición de una serie de problemas impide que se presenten plenamente los beneficios de las centrales eléctricas de bombeo, lo que indirectamente afecta el entusiasmo por su construcción.

La idea de desarrollo del almacenamiento por bombeo

Coordinación e integración con la planificación energética

La planificación del almacenamiento por bombeo debe estar bajo la guía de la planificación del desarrollo de la industria de energía eléctrica, y debe planificarse de manera unificada con otras fuentes de energía y redes eléctricas, a fin de desempeñar eficazmente el papel activo de las centrales eléctricas para garantizar la seguridad y estabilidad de la red eléctrica, mejorar la eficiencia operativa del sistema y lograr la asignación óptima de recursos en el rango más amplio.

Altamente adaptable a la estrategia energética

La planificación del almacenamiento por bombeo debe adaptarse a la estrategia general de desarrollo energético nacional, adaptarse al ajuste de la estructura energética actual, la situación de desarrollo verde, bajo en carbono y limpio, y cumplir con los nuevos requisitos para la operación segura del sistema eléctrico y el desarrollo de nueva energía para la construcción de centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo.

Fortalecer la planificación unificada de las centrales eléctricas

La construcción de una central eléctrica de almacenamiento por bombeo debe combinar la estructura energética, el diseño de la red eléctrica, el desarrollo de la red eléctrica, las características de carga y la red nacional y otros factores relacionados, así como el posicionamiento razonable de las funciones de la central eléctrica de almacenamiento por bombeo en el extremo de envío y recepción, para determinar la proporción, el diseño y la construcción razonables de la central eléctrica de almacenamiento por bombeo. Tiempo, de modo que la construcción y el desarrollo de las centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo procedan de manera científica y ordenada.

Teniendo en cuenta los beneficios integrales de la diversificación

En el proceso de promoción de la construcción de centrales eléctricas de bombeo, es fundamental realizar un estudio exhaustivo de los recursos y la selección del emplazamiento para garantizar que la escala de las centrales sea adecuada, las condiciones sean buenas, los indicadores sean buenos y el impacto en el entorno natural y ecológico sea mínimo. Sobre esta base, se analizan los beneficios integrales de la energía de bombeo, se elaboran planes de construcción detallados, etc.

Acelerar los trabajos preliminares de la central eléctrica

De acuerdo con los principios de proximidad al centro de carga, terreno superior y condiciones geológicas e indicadores técnicos, realizar de manera integral y sistemática la selección del sitio para las centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo, mejorar el progreso del trabajo preliminar, preparar las reservas del proyecto con anticipación y garantizar la implementación de los planes de construcción de almacenamiento por bombeo.

Esforzarse por obtener un retorno razonable de la inversión

Actualmente, los costos de construcción y operación de las centrales eléctricas de bombeo en mi país son asumidos principalmente por las compañías eléctricas, lo que aumenta considerablemente la presión operativa de estas. En el futuro, se considerará un cálculo razonable de los costos de inversión y operación de las centrales eléctricas de bombeo, se procurará su inclusión completa en los costos de operación de la red y se establecerá un mecanismo científico y completo de precios de la electricidad.

En resumen, con el continuo desarrollo de la industria de almacenamiento por bombeo de mi país y la orientación activa de las políticas nacionales, las centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo adquirirán mayores responsabilidades y misiones. En un futuro próximo, mi país iniciará una era dorada para la industria de almacenamiento por bombeo.