Evolución y desarrollo del almacenamiento por bombeo

Evolución y desarrollo del almacenamiento por bombeo

El singular valor funcional de las centrales hidroeléctricas de bombeo las convierte en una parte fundamental del sistema eléctrico de la mayoría de los países. El ajuste de la estructura energética y el desarrollo del sistema eléctrico de mi país requieren centrales hidroeléctricas de bombeo de cierta envergadura. Por consiguiente, las centrales hidroeléctricas de bombeo revisten gran importancia para la transformación energética y la construcción de nuevos sistemas eléctricos.

El papel de las centrales hidroeléctricas de bombeo

Tanto el recorte de picos como el relleno de valles

La central hidroeléctrica de bombeo es un tipo especial de central hidroeléctrica. Durante los periodos de máxima demanda del sistema eléctrico, puede utilizarse como central hidroeléctrica para generar electricidad y contribuir a la regulación de la demanda máxima; durante los periodos de baja demanda, también puede utilizarse como estación de bombeo para absorber electricidad de bajo coste y almacenarla para regular la potencia. La diferencia entre la demanda máxima y mínima del sistema mejora las características de carga diarias del sistema eléctrico y las condiciones de operación de las centrales térmicas y nucleares de gran escala. Asimismo, permite reducir los costes de generación de energía, mitigar el impacto ambiental y disminuir los gastos de protección ambiental de las centrales térmicas. Por lo tanto, la ventaja económica de la central de bombeo para la regulación de la demanda máxima frente a las centrales térmicas es significativa.

suministro de energía de emergencia

Las unidades de las centrales hidroeléctricas de bombeo arrancan y paran rápidamente. Normalmente, solo tardan de 2 a 3 minutos desde el arranque hasta la generación de energía a plena carga, e incluso menos durante la descarga, aproximadamente 3 minutos. Dado que los accidentes en el sistema eléctrico suelen ser repentinos, para garantizar la seguridad de la red y satisfacer las necesidades de los usuarios, es fundamental contar con capacidad de reserva de emergencia. La central hidroeléctrica de bombeo es la mejor solución para realizar tareas de respaldo en el sistema eléctrico y constituye una fuente de alimentación de seguridad ideal para casos de emergencia.

Realizar tareas temporales

La central hidroeléctrica de bombeo tiene una alta velocidad de arranque y una elevada tasa de éxito, y es capaz de realizar tareas temporales, como la parada o el fallo de arranque de algunas centrales térmicas de carbón, lo que requiere la sustitución temporal de la unidad. Asimismo, dado que la central hidroeléctrica de bombeo puede utilizarse tanto como fuente de energía como carga, puede colaborar estrechamente durante los deslastre de carga y las pruebas de vibración a plena carga durante la operación de prueba de centrales nucleares, hidroeléctricas y térmicas de alta potencia, lo que permite una gestión de la red más eficiente, práctica y sencilla.

Implementar modulación de frecuencia y modulación de fase

La producción de energía eléctrica se caracteriza por la simultaneidad de la generación, el suministro y la venta de energía. Si la oferta supera la demanda, la frecuencia aumenta, y viceversa. La frecuencia 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 se ve comprometida. Gracias a la flexibilidad de las centrales hidroeléctricas de bombeo, su gran capacidad de respuesta, su rápida salida y sus bajas y altas velocidades de subida y bajada de tensión, así como su capacidad para adaptarse rápidamente a las variaciones de la carga de la red, estas centrales son idóneas para la modulación de frecuencia de la red y constituyen la solución ideal para dicha modulación. Asimismo, es necesario equilibrar tanto la potencia activa como la reactiva en el sistema eléctrico para mantener la estabilidad de la tensión de la red; de lo contrario, resulta difícil garantizar la calidad del suministro. Por ello, algunas unidades del sistema eléctrico deben encargarse de la modulación de fase. La modulación de fase en centrales hidroeléctricas de bombeo consume menos energía y es fácil de controlar, lo que la convierte en la mejor solución para la modulación de fase en el sistema eléctrico.

Una breve introducción al desarrollo del almacenamiento por bombeo

La central hidroeléctrica de bombeo nació en Suiza en 1882, y su principal objetivo inicial era el almacenamiento de agua. Durante la primera mitad del siglo XX, el desarrollo de las centrales de bombeo fue lento. Hasta el final de la Segunda Guerra Mundial en 1945, solo poco más de 50 centrales de bombeo estaban operativas en todo el mundo, principalmente en Estados Unidos, Japón y algunos países europeos.

Desde la década de 1960 hasta la de 1980, se produjo un período de intenso desarrollo de las centrales hidroeléctricas de bombeo, especialmente entre las décadas de 1970 y 1980, que marcaron su época dorada. Tras la Segunda Guerra Mundial, los países europeos y americanos experimentaron veinte años de rápido crecimiento económico, lo que incrementó la demanda de energía y mejoró el nivel de vida de la población, provocando un rápido aumento de la diferencia entre el consumo máximo y mínimo de energía. Las centrales de bombeo, con su excelente capacidad para cubrir la demanda máxima y cubrir la demanda mínima, ofrecieron oportunidades para un rápido desarrollo. En la década de 1960, la capacidad instalada de las centrales de bombeo aumentó en un promedio de 1259 MW anuales, mientras que en las décadas de 1970 y 1980, los incrementos fueron de 3051 MW y 4036 MW, respectivamente.

Tras la década de 1990, el ritmo de crecimiento de la economía mundial se redujo drásticamente. Esta desaceleración económica conllevó una ralentización del crecimiento de la demanda de energía eléctrica. La tasa de crecimiento anual promedio de la construcción de centrales hidroeléctricas de bombeo disminuyó del 6,45 % en la década de 1980 al 1,55 %.

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

La central hidroeléctrica de bombeo de mi país comenzó a desarrollarse relativamente tarde. En la década de 1960, se instaló en la central hidroeléctrica de Gangnan, en la provincia de Hebei, una unidad reversible de flujo diagonal con una capacidad de 11 000 kW, importada de Japón, y en la central hidroeléctrica de Miyun, en Pekín, se instalaron dos unidades de fabricación nacional. Estas unidades reversibles de flujo oblicuo, con una capacidad de 11 000 kW cada una, convierten a las centrales hidroeléctricas de Gangnan y Miyun en centrales híbridas, capaces no solo de generar electricidad de forma convencional, sino también de bombear agua para su almacenamiento energético.

En los últimos años, con la transición energética hacia energías limpias y bajas en carbono, la industria de centrales hidroeléctricas de bombeo en China se ha expandido constantemente, y el sistema de la cadena de valor industrial se ha consolidado. Según datos de la Administración Nacional de Energía, en 2022, la nueva capacidad instalada de centrales de bombeo en China alcanzó los 8,8 GW. Para finales de 2022, la capacidad instalada acumulada de centrales de bombeo llegó a los 45,19 GW, lo que representa un aumento del 24,18 % con respecto a 2021, y equivale al 25 % del mercado mundial total. La tasa de crecimiento es del 38 %.

En 2021, la Administración Nacional de Energía publicó el “Plan de Desarrollo a Mediano y Largo Plazo del Almacenamiento por Bombeo (2021-2035)” para orientar la construcción de centrales hidroeléctricas de bombeo y acelerar aún más la política energética. Se estima que la capacidad instalada alcanzará los 62 GW en 2025 y los 120 GW en 2030. Como tecnología de conversión de energía, las centrales hidroeléctricas de bombeo mejoran la estructura y la seguridad de la red eléctrica, por lo que han sido altamente valoradas por el Estado.

Problema de posicionamiento del almacenamiento por bombeo

La evaluación de las centrales hidroeléctricas de bombeo suele basarse en el precio de la electricidad en la red. Esta visión parcial conlleva una falta de comprensión de su función dentro del sistema eléctrico. La central se forma sin distinguir las diferencias funcionales entre la central de bombeo y la central convencional, centrándose únicamente en sus deficiencias a corto plazo e ignorando su importancia para la economía del sistema y su papel fundamental en la seguridad, la estabilidad y la calidad del suministro eléctrico. La inercia ante los elevados precios de la electricidad en la red y su baja eficiencia económica ha afectado gravemente la correcta evaluación de las centrales hidroeléctricas de bombeo.

La central hidroeléctrica de bombeo se basa principalmente en los beneficios dinámicos que aporta a la red eléctrica, y el precio de la electricidad en la red solo refleja la cantidad de energía que genera, la cual es relativamente baja en comparación con las centrales hidroeléctricas convencionales, aproximadamente una cuarta parte de la energía generada por estas últimas. La generación de energía de las centrales de bombeo suele estar estrechamente relacionada con el nivel de carga de la red, la estructura de las fuentes de energía y el desarrollo económico regional, por lo que resulta difícil de determinar. La baja generación de energía de las centrales de bombeo es el resultado inevitable de la optimización del sistema. Si el precio de la electricidad en la red se utiliza como único indicador para la ubicación de proyectos de bombeo, esto tendrá un gran impacto negativo en la aprobación de los proyectos, lo cual es extremadamente desfavorable para el ajuste de la estructura energética actual. Además, en la red eléctrica se presta mayor atención al suministro de energía, entre otros factores. La aparición de una serie de problemas impide que se presenten plenamente los beneficios de la central de bombeo, lo que afecta indirectamente el interés 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 ir guiada por la planificación del desarrollo del sector eléctrico y debe planificarse de forma unificada con otras fuentes de energía y redes eléctricas, para que las centrales eléctricas desempeñen eficazmente su papel activo en garantizar la seguridad y la estabilidad de la red eléctrica, mejorar la eficiencia operativa del sistema y lograr la asignación óptima de recursos en el mayor rango posible.

Altamente adaptable a la estrategia energética

La planificación del almacenamiento por bombeo debe adaptarse a la estrategia nacional general de desarrollo energético, a la situación actual de ajuste de la estructura energética, al desarrollo ecológico, bajo en carbono y limpio, y cumplir con los nuevos requisitos para el funcionamiento seguro del sistema eléctrico y el desarrollo de nuevas energías para la construcción de centrales hidroeléctricas de bombeo.

Reforzar la planificación unificada de las centrales eléctricas

La construcción de una central hidroeléctrica de bombeo debe combinar la estructura eléctrica, la disposición de la red, el desarrollo de la red eléctrica, las características de la carga, la interconexión nacional y otros factores relacionados, así como la ubicación adecuada de las funciones de la central en los extremos de envío y recepción, para determinar la proporción, la disposición y el momento de construcción adecuados, de modo que la construcción y el desarrollo de las centrales hidroeléctricas de bombeo se lleven a cabo de manera científica y ordenada.

Teniendo en cuenta los beneficios integrales de la diversificación

En el proceso de promoción de la construcción de centrales hidroeléctricas de bombeo, es fundamental realizar un estudio y una selección de emplazamientos adecuados para garantizar que la escala de la central sea la apropiada, que las condiciones sean favorables, que los indicadores sean buenos y que el impacto sobre el medio ambiente sea mínimo. Sobre esta base, se elaborarán planes de construcción detallados para aprovechar al máximo los beneficios energéticos de las centrales de bombeo.

Acelerar los trabajos preliminares de la central eléctrica

De acuerdo con los principios de proximidad al centro de carga, condiciones geológicas y del terreno superiores e indicadores técnicos, se llevará a cabo de manera integral y sistemática la selección del sitio para las centrales hidroeléctricas de bombeo, se mejorará el progreso del trabajo preliminar, se prepararán las reservas del proyecto con anticipación y se garantizará la implementación de los planes de construcción de almacenamiento por bombeo.

Esfuérzate por obtener una rentabilidad razonable de la inversión.

En la actualidad, los costos de construcción y operación de las centrales hidroeléctricas de bombeo en mi país son asumidos principalmente por las empresas de la red eléctrica, lo que incrementa considerablemente su carga operativa. En el futuro, se considerará un cálculo razonable de los costos de inversión y operación de estas centrales, y se procurará su plena inclusión en los costos operativos de la red, estableciéndose además un mecanismo de precios de la electricidad científico y completo.

En resumen, gracias al continuo desarrollo de la industria hidroeléctrica de bombeo de mi país y a la orientación activa de las políticas nacionales, las centrales hidroeléctricas de bombeo asumirán mayores responsabilidades y misiones. En un futuro próximo, mi país vivirá una época dorada para la industria hidroeléctrica de bombeo.