Evolución y desarrollo del almacenamiento por bombeo

Evolución y desarrollo del almacenamiento por bombeo

El valor funcional único de las centrales hidroeléctricas de bombeo las convierte en una parte importante 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 lo tanto, estas centrales revisten gran importancia para la transformación energética y la construcción de nuevos sistemas eléctricos.

El papel de las centrales hidroeléctricas de bombeo

Tanto la reducción de picos como el relleno de valles

La central hidroeléctrica de 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 entre picos y valles del sistema puede mejorar las características de carga diaria del sistema eléctrico y las condiciones de operación de las centrales térmicas y nucleares de gran escala. Al mismo tiempo, también puede reducir los costos de generación de energía, mejorar la contaminación ambiental y disminuir los gastos de protección ambiental de las centrales térmicas. Por lo tanto, el beneficio económico de la reducción de picos de la central hidroeléctrica de bombeo en comparación con una central térmica es significativo.

suministro de energía de emergencia

Las unidades de las centrales hidroeléctricas de bombeo se encienden y apagan rápidamente. Por lo general, tardan solo de 2 a 3 minutos desde el arranque hasta la generación de energía a plena carga, e incluso menos durante la descarga, que dura aproximadamente 3 minutos. Dado que los accidentes en el sistema eléctrico suelen ser repentinos, para garantizar la seguridad de la red eléctrica y satisfacer las necesidades de los usuarios, es fundamental invertir a tiempo en capacidad de reserva de emergencia. La central hidroeléctrica de bombeo es la mejor solución para llevar a cabo tareas de respaldo de emergencia en el sistema eléctrico y constituye una fuente de energía de respaldo ideal para situaciones de emergencia.

Realizar tareas temporales

La unidad de almacenamiento por bombeo tiene una velocidad de arranque rápida y una alta tasa de éxito, y es capaz de realizar tareas temporales como el apagado o el arranque a tiempo de algunas centrales eléctricas de carbón, lo que requiere el reemplazo temporal de la unidad. Al mismo tiempo, dado que la unidad de almacenamiento por bombeo puede utilizarse tanto como fuente de energía como carga, puede cooperar estrechamente durante las pruebas de vibración a plena carga y de reducción de carga durante la operación de prueba de centrales nucleares, hidráulicas y térmicas de alta potencia, lo que hace que la gestión de la red sea más eficiente, conveniente 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 simultáneos. Si la oferta supera la demanda, el ciclo aumenta, y viceversa. El ciclo estándar nacional es de 50 Hz, y el rango de variación admisible es de 49,8 a 50,2 Hz; de lo contrario, la calidad del suministro eléctrico no es la adecuada. Gracias a la flexibilidad de uso de las unidades de almacenamiento por bombeo, su gran capacidad de ascenso, su rápida salida y velocidad de subida y bajada, y su capacidad para seguir rápidamente los cambios de carga de la red, estas unidades pueden realizar tareas de modulación de frecuencia de la red y son la central eléctrica de modulación de frecuencia más idónea del sistema. Al mismo tiempo, no solo la potencia activa, sino también la reactiva, deben estar equilibradas en el sistema eléctrico para mantener la tensión de la red estable; de ​​lo contrario, es difícil garantizar la calidad del suministro eléctrico. Por ello, algunas unidades del sistema eléctrico deben realizar la 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 modulación de fase en el sistema eléctrico.

Breve introducción al desarrollo del almacenamiento por bombeo.

La central hidroeléctrica de bombeo nació en Suiza en 1882, y en sus inicios su principal función era almacenar agua. Durante la primera mitad del siglo XX, el desarrollo de este tipo de centrales fue lento. Hasta el final de la Segunda Guerra Mundial, en 1945, solo se habían puesto en funcionamiento poco más de 50 centrales hidroeléctricas de bombeo en todo el mundo, principalmente en Estados Unidos, Japón y algunos países europeos.

Entre las décadas de 1960 y 1980, se produjo un período de intenso desarrollo de las centrales hidroeléctricas de bombeo, especialmente entre las décadas de 1970 y 1980, que marcó el inicio de la época dorada para su desarrollo. Tras la Segunda Guerra Mundial, los países europeos y americanos experimentaron 20 años de rápido desarrollo económico, lo que incrementó la demanda de energía y mejoró el nivel de vida de la población, generando un rápido aumento en la diferencia entre el consumo máximo y mínimo de energía. Las centrales hidroeléctricas de bombeo, con su buen rendimiento para cubrir picos y valles de demanda, ofrecieron oportunidades para un rápido desarrollo. En la década de 1960, la capacidad instalada de estas centrales aumentó en un promedio de 1259 MW anuales, mientras que en las décadas de 1970 y 1980, el aumento fue de 3051 MW y 4036 MW, respectivamente.

Tras la década de 1990, el crecimiento de la economía mundial se desplomó. Esta desaceleración económica provocó una ralentización en el crecimiento de la demanda de energía eléctrica. La tasa media anual de crecimiento de la construcción de centrales hidroeléctricas de bombeo descendió 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 escala acumulada de almacenamiento de energía global 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 funcionar relativamente tarde. En la década de 1960, se instaló una unidad reversible de flujo diagonal con una capacidad unitaria de 11 000 kW, importada de Japón, en la central hidroeléctrica de Gangnan, en la provincia de Hebei, y dos unidades de fabricación nacional en la central hidroeléctrica de Miyun, en Pekín. La capacidad unitaria de las unidades reversibles de flujo oblicuo es de 11 000 kW, lo que convierte 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 el almacenamiento de energía.

En los últimos años, con la transición energética hacia fuentes de energía limpias y bajas en carbono, la industria de centrales hidroeléctricas de bombeo de China ha experimentado una expansión constante, consolidándose así su cadena de valor. Según datos de la Administración Nacional de Energía, en 2022, la capacidad instalada de centrales hidroeléctricas de bombeo en China alcanzó los 8,8 GW. Para finales de ese mismo año, la capacidad instalada acumulada ascendió a 45,19 GW, un incremento del 24,18 % con respecto a 2021, lo que representa el 25 % del mercado global. La tasa de crecimiento es del 38 %.

En 2021, la Administración Nacional de Energía emitió el “Plan de Desarrollo a Medio y Largo Plazo de Almacenamiento por Bombeo (2021-2035)” para orientar la construcción de centrales hidroeléctricas de bombeo y acelerar aún más la implementación de esta política. Se estima que la capacidad instalada alcanzará los 62 GW para 2025 y cerca de 120 GW para 2030. Como tecnología de conversión de energía, las centrales hidroeléctricas de bombeo pueden mejorar la estructura y la seguridad de la red eléctrica, y 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 red. Esta visión, relativamente parcial, dificulta la comprensión del papel fundamental de estas centrales en el sistema eléctrico. La evaluación de las centrales hidroeléctricas de bombeo se realiza sin tener en cuenta las diferencias funcionales entre estas y las centrales convencionales, centrándose únicamente en sus deficiencias a corto plazo e ignorando la economía del sistema y su importante función en la operación segura y estable del sistema eléctrico, así como en la garantía de calidad del suministro eléctrico. La percepción generalizada de los altos precios de la electricidad en la red y la 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 de la red eléctrica, y el precio de la electricidad en la red solo refleja la cantidad de energía generada por la central, que es relativamente baja en comparación con las centrales hidroeléctricas convencionales, aproximadamente una cuarta parte de la energía generada por estas. Además, la generación de energía de las centrales hidroeléctricas 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 hidroeléctricas de bombeo es el resultado inevitable de la optimización del sistema. Si solo se utiliza el precio de la electricidad en la red como único indicador para ubicar proyectos de almacenamiento por bombeo, esto tendrá un gran efecto negativo en la aprobación del proyecto, lo cual es extremadamente desfavorable para el ajuste de la estructura eléctrica actual. En cuanto a la red eléctrica, se presta más atención a proporcionar energía con mayor potencia, etc. La aparición de una serie de problemas impide que se presenten plenamente los beneficios de la central hidroeléctrica de bombeo, lo que afecta indirectamente 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 regirse por la planificación del desarrollo del sector eléctrico y planificarse de forma unificada con otras fuentes de energía y redes eléctricas, para que las centrales eléctricas desempeñen eficazmente su papel activo a la hora de 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 verde, bajo en carbono y limpio, y a 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 distribución de la energía, el desarrollo de la red eléctrica, las características de la carga, la interconexión nacional y otros factores relacionados, así como el posicionamiento razonable de las funciones de la central hidroeléctrica de bombeo en los extremos de envío y recepción, para determinar la proporción, la distribución y el cronograma de construcción adecuados de la central hidroeléctrica de bombeo, 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 las centrales sea la idónea, que las condiciones sean óptimas, que los indicadores sean favorables y que el impacto en el medio ambiente natural y ecológico sea mínimo. Sobre esta base, se deben considerar los beneficios energéticos integrales del almacenamiento por bombeo, así como la elaboración de planes de construcción detallados, entre otros aspectos.

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 debe llevar a cabo de manera integral y sistemática la selección del emplazamiento para las centrales hidroeléctricas de bombeo, mejorar el progreso de los trabajos preliminares, preparar con antelación las reservas del proyecto y garantizar la ejecución de los planes de construcción de las centrales de bombeo.

Esfuércese por obtener una rentabilidad razonable de la inversión.

Actualmente, los costos de construcción y operación de las centrales hidroeléctricas de bombeo en mi país son asumidos principalmente por las compañías eléctricas, lo que incrementa considerablemente la presión operativa sobre estas. En el futuro, se considerará un cálculo razonable de los costos de inversión y operación de las centrales hidroeléctricas de bombeo, se harán esfuerzos para incluirlos íntegramente en los costos operativos de la red y se establecerá 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 funciones. En un futuro próximo, mi país vivirá una época dorada para la industria hidroeléctrica de bombeo.