China a construit o nouă hidrocentrală prin pompare în mai puţin de 6 ani, forând automatizat galeriile, iar japonezii de la Toshiba au produs turbinele pentru ea

Hidrocentralele prin pompare sunt tehnologia cea mai verificată în timp de stocare a electricităţii în reţea, ele existând de multe decenii în diverse ţări ale lumii. În timpurile noastre, însă, ele au parte de o concurenţă dură din partea centralelor de baterii, care oferă randament mai mare şi timpi mult mai mici de construcţie. Hidrocentralele prin pompare pot stoca mult mai multă energie, pe timp mult mai îndelungat, însă sunt notoriu de complexe în a fi construite, perioada medie de construcţie a acestora fiind de 6-9 ani pentru cele de talie medie, atunci când nu există blocaje procedurale sau de buget, iar cele mari pot dura 7-15 ani şi mai mult. Însă China tocmai a demonstrat că poate accelera aceşti termeni notorii de construcţie lentă a hidrocentralelor prin pompare şi a construit o hidrocentrală uriaşă în mai puţin de 6 ani, iar lucrările la galeria turbinelor şi instalarea acestora cu tot cu canalele lor au durat un timp record de mic de doar 3 ani, graţie japonezilor de la Toshiba şi graţie automatizării inovative.

Hidrocentrala prin pompare despre care vorbim e Ninghai, şi ea a devenit una din cele mai mari de acest tip din China, fiind inaugurată de curând cu toate turbinele sale complet funcţionale. Hidrocentrala e situată în regiunea Zhejiang din China şi funcţionează după un principiu clasic de două lacuri de acumulare, poziţionate la diferenţă de altitudine şi conectate între ele cu galerii şi turbine reversibile. Când e nevoie de absorbţia energiei produse în surplus în reţea, turbinele pompează apa din rezervorul inferior spre cel superior, consumând electricitate. Iar când e nevoie de returnarea electricităţi în reţea, apa e lăsată să curgă prin galerii către lacul de acumulare inferior, propulsând turbinele şi producând electricitate. Prin urmare, construcţia unor asemenea hidrocentrale e de multe ori mai de lungă durată, întrucât e nevoie de construcţia a două baraje, pentru lacul de acumulare inferior şi cel superior, dar şi a galeriilor ce conectează cele două lacuri, de obicei subterane, şi a cavernei unde sunt amplasate turbinele. De cele mai multe ori hidrocentralele prin pompare, mai ales dacă au o scară mare apropiată de 1 GW putere, pot dura şi 10-15 ani până la construcţia finală.

Aici, însă, aprobarea centralei a avut loc în 2016, iar în 2017 s-a început pregătirea tehnică şi procedurală a terenurilor. Primele lucrări de facto la construcţia acestei hidrocentrale au început în a doua jumătate a anului 2019.

Partea şi mai fascinantă e că lucrările la centrala Ninghai au fost mai complexe decât de obicei, întrucât rezervorul de sus a trebuit construit din barare de jur împrejur, fără a folosi barierele naturale date de munţi sau stânci, cum se întâmplă mai frecvent. Acest lac de acumulare superior are o formă de poligon, construit pe un mic platou montan la o altitudine de peste 600 metri, apa la nivelul maxim fiind calculată să ajungă la 611 metri altitudine deasupra nivelului mării, plus alţi metri în înălţime pentru rezerva asigurată de baraje.

Foto: Construcţia lacului de acumulare superior

Din cauza faptului că doar barajele asigură captarea acestui volum de apă, şi nu au putut fi aplicate structuri arcuite clasice, inginerii chinezi au dispus construcţia e baraje duble, deci cu două straturi, cel exterior fiind mai redus în înălţime, calculate pentru disiparea echivalentă a forţelor către relieful din jur. Lacul superior de acumulare poate stoca 8,5 milioane de metri cubi de apă.

Foto: Lacul de acumulare superior construit

Lacul de acumulare inferior a necesitat construcţia câtorva baraje, dar a folosit şi relieful natural pentru a-şi completa perimetrul. Surprinzător, dar rezervorul inferior al acestei centrale e amplasat doar la circa 150 metri altitudine, ceea ce permite o diferenţă de altitudine de circa 460 metri între cele două lacuri de acumulare.

Foto: Lacul de acumulare inferior construit

Şi mai curios e cum s-au săpat galeriile dintre cele două lacuri de acumulare. Distanţa galeriilor dintre cele două rezervoare e de peste 1.100 metri, iar acum câţiva ani, când au început săparea, chinezii au anunţat că la această centrală se va folosi primul utilaj automatizat de forat galerii de hidrocentrale cu sudare automatizată.

Acesta e similar utilajelor TBM aplicate la construcţia de tunele, dar are o scară ceva mai mică, şi poate fora inclusiv vertical în jos, şi poate vira pe parcurs, etanşând tunelul săpat cu mortar şi apoi sudând bucăţi prefabricate şi creând astfel galeria finală dintr-o singură trecere.

Lucrarea nu s-a făcut foarte repede, a durat 230 zile pentru forarea tuturor segmentelor, dar e oricum un randament enorm al procesului, întrucât se fac practic toate operaţiunile deodată. Chinezii publică puţine informaţii detaliate despre acest proces, dar asta explică viteza de construcţie a acestei hidrocentrale.

Japonezii de la Toshiba au fost responsabili de producţia turbinelor şi toată partea responsabilă de generare de electricitate, cu tot cu instalarea lor în galeria de turbine. Hidrocentrala are 4 turbine Toshiba de 350 MW fiecare, ceea ce înseamnă 1,4 GW putere de generare. E o putere imensă pentru o hidrocentrală prin pompare. În România, 1,4 GW pot asigura cam 20-23% din consumul în orele de zi şi 15% în orele de vârf de consum, spre exemplu.

Foto: Construcţia turbinelor Toshiba

Hidrocentrala poate stoca circa până la 40 GWh de electricitate prin volumul de apă pe care-l pompează în rezervorul său. Este, deci, o capacitate uriaşă faţă de puterea de 1,4 GW, ceea ce poate permite, teoretic, până la 28 ore de furnizare continuă de electricitate la putere maximă. În realitate, ciclurile de încărcare sunt mai scurte, de 5-7 GWh, spre exemplu, dar această capacitate mare de stocare permite ca un număr mare de zile centrala să preia din sistem mult mai puţin decât produce, iar apoi, când e nevoie, poate prelua zile la rând mai multă energie decât livrează, ceea ce-i dă avantaje funcţionale imense faţă de centralele de baterii, care se descarcă şi se încarcă în 2-4 ore.

Singurul neajuns ingineresc asumat al acestei centrale e randamentul mai mic, din cauza puterii mare de producţie, raportată la o diferenţă de altitudine relativ mică. În mod ideal, pentru a produce 1,4 GW putere în electricitate, era nevoie de o diferenţă mai mare, pentru ca gravitaţia să ajute mai mult în randament. Însă chinezii au fost din start de acord cu această arhitectură, în lipsa unui relief mai favorabil în regiune şi pentru ei a fost important să aibă mai ales putere mare. Aşa că randamentul circular al acestei hidrocentrale prin pompare e ceva mai mic decât cele elveţiene etalon, care ating 79-81%. Chinezii au estimat că la nivelul unui întreg an, hidrocentrala din Ninghai va consuma 1,867 TWh din reţea şi va returna înapoi 1,4 TWh, ceea ce corespunde unui randament circular de 75%.

E un pic mai mic faţă de standardele de vârf, dar, în cazul Chinei, cu zeci de asemenea hidrocentrale aflate în proces de construcţie, pot fi acceptate şi asemenea devieri, de dragul puterii mai mari. Or, în prezent, peste 70% dintre capacităţile de hidrocentrale prin pompare construite în lume se află în China. Şi, după cum ne arată exemplul acestei hidrocentrale cu forare cu grad înalt de automatizare, se pare că aceiaşi chinezi au găsit cheia de a accelera şi construcţia acestor obiective complexe prin maşinării care forează automatizat galeriile, le etanşează şi construiesc şi galeriile pentru cursul apei dintre lacurile de acumulare.

În acest moment China are deja hidrocentrale prin pompare operaţionale ce însumează o putere de peste 60 GW, iar până în 2030 cifra va creşte până la 120 GW. Iar această creştere e crucială în absorbţia de cât mai multă energie regenerabilă în sistem. Şi China îşi doreşte această putere mare de la noile hidrocentrale pentru a putea acoperi rapid variaţiile mari de cerere, dictate de numărul tot mai mare de maşini electrice, utilaje electrice şi alte consumatoare de acest tip. Dacă în China deja e în deplină derulare instalarea noilor staţii de încărcare de 1,0 MW, 1,2 MW şi 1,5 MW, doar 1.000 de asemenea staţii din toată ţara, conectate simultan la orele când toţi pleacă acasă, înseamnă un consum de 1,0-1,5 GW, exact cât poate livra toată hidrocentrala despre care am vorbit azi. Iar la numărul populaţiei Chinei şi scara imensă a infrastructurii ei, e absolut clar că e o nevoie tot mai mare de aceste hidrocentrale. Marele avantaj e că nu se mai ard milioane de tone de cărbune pentru această electricitate, iar acele maşini electrice devin cu adevărat curate.