Evolution und Entwicklung der Pumpspeicherkraftwerke

Evolution und Entwicklung der Pumpspeicherkraftwerke

Der einzigartige funktionale Wert von Pumpspeicherkraftwerken macht sie zu einem wichtigen Bestandteil der Stromversorgungssysteme der meisten Länder. Die Anpassung der Energiestruktur und die Entwicklung des Stromnetzes meines Landes erfordern Pumpspeicherkraftwerke einer bestimmten Größenordnung. Daher sind Pumpspeicherkraftwerke von großer Bedeutung für die Energiewende und den Aufbau neuer Stromversorgungssysteme.

Die Rolle von Pumpspeicherkraftwerken

Sowohl Gipfelabtragung als auch Talauffüllung

Das Pumpspeicherkraftwerk ist eine spezielle Form des Wasserkraftwerks. Während der Spitzenlastzeiten kann es als Wasserkraftwerk zur Stromerzeugung und zur Lastspitzenregulierung eingesetzt werden. In Zeiten geringer Last dient es als Pumpstation zur Aufnahme von kostengünstigem Strom und zur Lastspitzenregulierung. Die Differenz zwischen Spitzen- und Tallast im System verbessert die tägliche Lastcharakteristik des Stromnetzes und die Betriebsbedingungen von großen thermischen Kraftwerken und Kernkraftwerken. Gleichzeitig können die Stromerzeugungskosten gesenkt, die Umweltbelastung reduziert und die Kosten für den Umweltschutz thermischer Kraftwerke verringert werden. Daher ist der wirtschaftliche Vorteil von Pumpspeicherkraftwerken gegenüber thermischen Kraftwerken hinsichtlich der Spitzenlastabdeckung erheblich.

Notstromversorgung

Pumpspeicherkraftwerke starten und stoppen schnell. Vom Anfahren bis zur Volllaststromerzeugung vergehen in der Regel nur 2 bis 3 Minuten, beim Entladen sogar noch weniger – nur etwa 3 Minuten. Da Stromnetzstörungen meist plötzlich auftreten, muss rechtzeitig in Notstromreserven investiert werden, um die Sicherheit des Stromnetzes und die Versorgung der Verbraucher zu gewährleisten. Pumpspeicherkraftwerke sind die beste Lösung für die Notstromversorgung und stellen eine ideale Notstromversorgung dar.

Übernehmen Sie vorübergehende Aufgaben

Das Pumpspeicherkraftwerk zeichnet sich durch schnelles Anfahren und hohe Zuverlässigkeit aus und kann temporäre Aufgaben übernehmen, beispielsweise wenn Kohlekraftwerke abgeschaltet werden oder nicht rechtzeitig wieder anlaufen und die Anlage vorübergehend ersetzt werden muss. Da das Pumpspeicherkraftwerk sowohl als Energiequelle als auch als Verbraucher fungieren kann, unterstützt es die Netzsteuerung bei Lastabwurf- und Volllast-Vibrationstests im Probebetrieb von Kernkraftwerken, Wasserkraftwerken und Wärmekraftwerken mit hoher Leistung. Dies trägt zu einer effizienteren, komfortableren und einfacheren Netzsteuerung bei.

Realisierung von Frequenzmodulation und Phasenmodulation

Charakteristisch für die Stromerzeugung ist, dass Produktion, Lieferung und Verkauf gleichzeitig erfolgen. Übersteigt das Angebot die Nachfrage, steigt die Frequenz, und umgekehrt. Die nationale Standardfrequenz beträgt 50 Hz, die zulässige Abweichung liegt zwischen 49,8 und 50,2 Hz. Andernfalls ist die Stromversorgungsqualität unzureichend. Pumpspeicherkraftwerke sind flexibel einsetzbar, verfügen über ein hohes Leistungsvermögen, schnelle Ansprech- und Abschaltgeschwindigkeiten sowie die Fähigkeit, Laständerungen im Netz schnell zu erfassen. Daher eignen sie sich zur Netzfrequenzmodulation und sind die idealen Kraftwerke für dieses Projekt im Stromnetz. Gleichzeitig muss im Stromnetz nicht nur die Wirkleistung, sondern auch die Blindleistung ausgeglichen sein, um die Netzspannung stabil zu halten. Andernfalls ist die Stromversorgungsqualität nicht gewährleistet. Aus diesem Grund müssen einige Einheiten im Stromnetz die Phasenmodulation übernehmen. Die Phasenmodulation von Pumpspeicherkraftwerken ist energieeffizient und einfach zu steuern. Sie ist die optimale Lösung für die Phasenmodulation im Stromnetz.

Eine kurze Einführung in die Entwicklung der Pumpspeicherung

Das Pumpspeicherkraftwerk entstand 1882 in der Schweiz und diente anfangs hauptsächlich der Wasserspeicherung. In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts verlief die Entwicklung von Pumpspeicherkraftwerken schleppend. Bis zum Ende des Zweiten Weltkriegs 1945 waren weltweit nur etwas mehr als 50 Pumpspeicherkraftwerke in Betrieb, vorwiegend in den Vereinigten Staaten, Japan und einigen europäischen Ländern.

Von den 1960er- bis zu den 1980er-Jahren erlebten Pumpspeicherkraftwerke eine Phase dynamischer Entwicklung. Insbesondere die Jahre von den 1970er- bis zu den 1980er-Jahren markierten den Beginn ihrer Blütezeit. Nach dem Zweiten Weltkrieg erlebten Europa und Amerika 20 Jahre rasanten Wirtschaftswachstums. Der Strombedarf stieg entsprechend an, und der Lebensstandard der Bevölkerung verbesserte sich, was zu einer rapiden Zunahme der Differenz zwischen Spitzen- und Tallastverbrauch führte. Pumpspeicherkraftwerke mit ihrer Fähigkeit zur Spitzenlastabdeckung und Tallastfüllung boten hierfür ideale Voraussetzungen für eine schnelle Entwicklung. In den 1960er-Jahren stieg die installierte Leistung von Pumpspeicherkraftwerken durchschnittlich um 1.259 MW pro Jahr, in den 1970er- und 1980er-Jahren um 3.051 MW bzw. 4.036 MW.

Nach den 1990er Jahren ging das Wachstum der Weltwirtschaft deutlich zurück. Die Konjunkturabschwächung führte zu einem verlangsamten Anstieg des Strombedarfs. Die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate des Baus von Pumpspeicherkraftwerken sank von 6,45 % in den 1980er Jahren auf 1,55 %.

Laut den neuesten Daten aus dem „Weißbuch zur Energiespeicherindustrieforschung 2023“ wird die kumulierte Kapazität der weltweit in Betrieb befindlichen Energiespeicher im Jahr 2022 237,2 GW betragen, mit einer jährlichen Wachstumsrate von 15 %; der Anteil der Pumpspeicherkraftwerke an der kumulierten installierten Kapazität wird erstmals unter 80 % liegen, ein Rückgang von 6,8 % gegenüber dem Vorjahr.

Die Entwicklung von Pumpspeicherkraftwerken in meinem Land begann relativ spät. In den 1960er Jahren wurde im Wasserkraftwerk Gangnan in der Provinz Hebei eine aus Japan importierte, reversible Diagonalströmungspumpe mit einer Einzelleistung von 11.000 kW installiert. Im Wasserkraftwerk Miyun in Peking wurden zwei im Inland produzierte Pumpen in Betrieb genommen. Die Pumpen mit einer Einzelleistung von 11.000 kW sind reversibel und schräg durchströmt. Dadurch sind die Wasserkraftwerke Gangnan und Miyun Hybridkraftwerke, die nicht nur konventionell Strom erzeugen, sondern auch Wasser zur Energiespeicherung pumpen können.

In den letzten Jahren hat sich Chinas Pumpspeicherkraftwerksbranche mit der Energiewende hin zu grünen und kohlenstoffarmen Technologien stetig vergrößert, und die industrielle Wertschöpfungskette ist im Wesentlichen etabliert. Laut Angaben der Nationalen Energieverwaltung wird Chinas neu installierte Pumpspeicherkapazität im Jahr 2022 8,8 GW erreichen. Bis Ende 2022 wird die kumulierte installierte Kapazität von Pumpspeicherkraftwerken 45,19 GW betragen, ein Anstieg von 24,18 % gegenüber 2021. Damit entspricht China einem Marktanteil von 25 % am Weltmarkt, was einem Anteil von 38 % entspricht.

Die Nationale Energieverwaltung veröffentlichte 2021 den „Mittel- und langfristigen Entwicklungsplan für Pumpspeicherkraftwerke (2021–2035)“, um den Bau von Pumpspeicherkraftwerken zu steuern und die entsprechende Politik weiter zu beschleunigen. Es wird geschätzt, dass die installierte Leistung bis 2025 62 GW und bis 2030 etwa 120 GW erreichen wird. Als Energiewandlungstechnologie kann die Pumpspeicherkraft die Netzstruktur und die Netzsicherheit verbessern und genießt daher hohes Ansehen beim Staat.

Positionierungsproblem von Pumpspeicherkraftwerken

Die Bewertung von Pumpspeicherkraftwerken basiert üblicherweise auf dem Netzpreis. Diese relativ einseitige Betrachtungsweise führt zu einem unzureichenden Verständnis der funktionalen Rolle von Pumpspeicherkraftwerken im Stromnetz. Die Bewertung von Pumpspeicherkraftwerken erfolgt, ohne die funktionalen Unterschiede zu konventionellen Kraftwerken im System zu berücksichtigen. Dabei werden lediglich kurzfristige Nachteile betrachtet, die Systemökonomie sowie die wichtige Rolle für den sicheren und stabilen Betrieb des Stromnetzes und die Versorgungssicherheit außer Acht gelassen. Die einseitige Fokussierung auf hohe Netzstrompreise und geringe Wirtschaftlichkeit hat die korrekte Bewertung von Pumpspeicherkraftwerken erheblich beeinträchtigt.

Pumpspeicherkraftwerke basieren hauptsächlich auf den dynamischen Vorteilen im Stromnetz. Der Netzpreis spiegelt jedoch nur die tatsächlich erzeugte Strommenge wider, die im Vergleich zu konventionellen Wasserkraftwerken relativ gering ist – etwa ein Viertel der von konventionellen Wasserkraftwerken erzeugten Leistung. Die Stromerzeugung von Pumpspeicherkraftwerken hängt zudem eng mit der Netzlast, der Energiestruktur und der regionalen Wirtschaftsentwicklung zusammen und ist daher schwer vorherzusagen. Die geringe Stromerzeugung von Pumpspeicherkraftwerken ist eine unvermeidliche Folge der Systemoptimierung. Würde man ausschließlich den Netzpreis als Indikator für die Standortwahl von Pumpspeicherprojekten heranziehen, hätte dies erhebliche negative Auswirkungen auf die Projektgenehmigung und wäre der aktuellen Anpassung der Energiestruktur äußerst ungünstig. Da im Stromnetz zunehmend Wert auf die Bereitstellung von mehr Leistung gelegt wird, führen diese Probleme dazu, dass die Vorteile von Pumpspeicherkraftwerken nicht voll zum Tragen kommen, was wiederum die Begeisterung für deren Bau beeinträchtigt.

Die Entwicklungsidee der Pumpspeicherung

Abstimmung und Integration mit der Energieplanung

Die Planung von Pumpspeicherkraftwerken sollte unter der Leitung der Entwicklungsplanung der Elektrizitätswirtschaft erfolgen und in einheitlicher Weise mit anderen Energiequellen und Stromnetzen geplant werden, um die aktive Rolle der Kraftwerke bei der Gewährleistung der Sicherheit und Stabilität des Stromnetzes effektiv zu spielen, die Betriebseffizienz des Systems zu verbessern und die optimale Ressourcenallokation in größtmöglichem Umfang zu realisieren.

Hochgradig anpassungsfähig an die Energiestrategie

Die Planung von Pumpspeicherkraftwerken muss sich an die nationale Energieentwicklungsstrategie anpassen, der aktuellen Energiestrukturreform, der grünen, kohlenstoffarmen und sauberen Entwicklungssituation Rechnung tragen und die neuen Anforderungen an den sicheren Betrieb des Stromsystems und die Entwicklung neuer Energien für den Bau von Pumpspeicherkraftwerken erfüllen.

Stärkung der einheitlichen Planung von Kraftwerken

Beim Bau eines Pumpspeicherkraftwerks müssen die Kraftwerksstruktur, die Kraftwerksanordnung, die Entwicklung des Stromnetzes, die Lastcharakteristika, die nationale Netzanbindung und andere damit zusammenhängende Faktoren sowie die sinnvolle Positionierung der Funktionen des Pumpspeicherkraftwerks am Sende- und Empfangsort berücksichtigt werden, um das angemessene Verhältnis, die Anordnung und den Bauzeitpunkt des Pumpspeicherkraftwerks festzulegen, damit der Bau und die Entwicklung von Pumpspeicherkraftwerken wissenschaftlich und geordnet ablaufen.

Unter Berücksichtigung der umfassenden Vorteile der Diversifizierung

Bei der Förderung des Baus von Pumpspeicherkraftwerken müssen die Standortanalyse und die Auswahl der Kraftwerksressourcen sorgfältig durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die Pumpspeicherkraftwerke eine angemessene Größe haben, die Bedingungen günstig sind, die Kennzahlen gut sind und die Auswirkungen auf die natürliche und ökologische Umwelt gering sind. Auf dieser Grundlage können die umfassenden Energievorteile der Pumpspeicherkraftwerke ermittelt und detaillierte Baupläne erstellt werden.

Die Vorarbeiten für das Kraftwerk beschleunigen

Nach den Kriterien der Nähe zum Lastzentrum, der optimalen Gelände- und geologischen Bedingungen sowie der technischen Indikatoren ist eine umfassende und systematische Standortwahl für Pumpspeicherkraftwerke durchzuführen, um den Fortschritt der Vorarbeiten zu verbessern, Projektreserven im Voraus zu schaffen und die Umsetzung der Pumpspeicherbaupläne sicherzustellen.

Streben Sie eine angemessene Kapitalrendite an.

Derzeit werden die Bau- und Betriebskosten von Pumpspeicherkraftwerken in meinem Land im Wesentlichen von den Netzbetreibern getragen, was deren Betriebsdruck erheblich erhöht. Zukünftig sollen die Investitions- und Betriebskosten von Pumpspeicherkraftwerken angemessen berechnet und vollständig in die Netzbetriebskosten integriert werden. Zudem soll ein wissenschaftlicher und umfassender Strompreismechanismus etabliert werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Pumpspeicherkraftwerksbranche in meinem Land und der aktiven Ausrichtung der nationalen Politik Pumpspeicherkraftwerken mehr Verantwortung und Aufgaben übertragen werden. In absehbarer Zeit wird mein Land ein goldenes Zeitalter für die Pumpspeicherkraftwerksbranche einläuten.