จีนเปิดใช้เขื่อนสูบกลับสูง 182 เมตร เสริมเสถียรภาพโครงข่ายไฟฟ้าที่มีพลังงานหมุนเวียนสูง

พลังน้ำรูปแบบใหม่สำหรับโครงข่ายไฟฟ้าที่กำลังเปลี่ยนแปลง

จีนเปิดใช้สถานีไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับเจียงซู จูหรง ของ State Grid Xinyuan ซึ่งมีเขื่อนสูง 182.3 เมตร และกลายเป็นเขื่อนสูบกลับที่สูงที่สุดในโลก โรงไฟฟ้าแห่งนี้กักเก็บน้ำได้ 17.07 ล้านลูกบาศก์เมตร หรือราว 17,000 ล้านลิตร และมีกำลังการผลิตติดตั้ง 1.35 ล้านกิโลวัตต์ เมื่อเดินเครื่องเชิงพาณิชย์เต็มรูปแบบแล้ว คาดว่าจะผลิตไฟฟ้าได้ราว 1.35 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปีในรอบการผลิต โครงการนี้เกิดขึ้นในช่วงที่ความต้องการใช้ไฟฟ้าในภาคตะวันออกของจีนทำสถิติสูงสุด ขณะที่ประเทศเพิ่มกำลังผลิตไฟฟ้าจากลมและแสงอาทิตย์ในปริมาณมาก

ต่างจากเขื่อนแม่น้ำทั่วไปที่อาศัยกระแสน้ำไหลต่อเนื่องจากลำน้ำสายใหญ่ โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับทำงานคล้ายแบตเตอรี่น้ำขนาดยักษ์ โดยเคลื่อนย้ายน้ำระหว่างอ่างเก็บน้ำด้านบนและด้านล่าง สูบน้ำขึ้นที่สูงเมื่อโครงข่ายมีไฟฟ้าส่วนเกิน แล้วปล่อยน้ำผ่านกังหันในช่วงที่ความต้องการใช้ไฟฟ้าสูง การทำงานได้สองทิศทางนี้เปลี่ยนพลังงานที่ผลิตได้ไม่สม่ำเสมอจากแสงอาทิตย์และลม ให้เป็นไฟฟ้าที่จ่ายได้ตามต้องการ ซึ่งเป็นบริการที่ศูนย์กลางเมืองและอุตสาหกรรมหนาแน่นอย่างเจียงซูต้องการ

สถานีแห่งใหม่นี้สร้างขึ้นใกล้ศูนย์กลางการใช้ไฟฟ้า ไม่ไกลจากสามเหลี่ยมปากแม่น้ำแยงซี และออกแบบมาให้ตอบสนองได้รวดเร็ว ผู้ควบคุมสามารถเพิ่มกำลังผลิตภายในไม่กี่นาทีเพื่อรับมือกับการเปลี่ยนแปลงฉับพลันของอุปทานหรือความต้องการใช้ไฟฟ้า วิศวกรยังนำเยื่อกันซึมชนิดใหม่มาใช้ในตัวเขื่อน และติดตั้งวาล์วทรงกลมขนาดใหญ่มากเพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือและอำนวยความสะดวกในการบำรุงรักษา โครงการนี้แสดงให้เห็นว่าจีนกำลังสร้างสินทรัพย์เพิ่มเติมเพื่อสร้างเสถียรภาพให้โครงข่ายไฟฟ้าควบคู่ไปกับการเพิ่มกำลังผลิตใหม่

โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับทำงานอย่างไร และสำคัญอย่างไร

พลังน้ำแบบสูบกลับเป็นรูปแบบการกักเก็บพลังงานระดับโครงข่ายที่ใช้งานแพร่หลายที่สุด เมื่อมีไฟฟ้าส่วนเกิน ซึ่งมักเกิดในเวลากลางคืนหรือช่วงที่มีลมแรงและแดดจัด โรงไฟฟ้าจะใช้ไฟฟ้านั้นขับปั๊มสูบน้ำขึ้นไปยังอ่างเก็บน้ำด้านบน เมื่อระบบต้องการไฟฟ้า น้ำจะไหลกลับลงมาผ่านกังหันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า โดยทั่วไปกระบวนการนี้มีประสิทธิภาพตลอดรอบการทำงานอยู่ที่ 70-85 เปอร์เซ็นต์ หมายความว่าพลังงานบางส่วนสูญเสียไประหว่างรอบ แต่ประโยชน์อยู่ที่การย้ายพลังงานจากช่วงที่มีเหลือเฟือไปยังช่วงที่ขาดแคลน

จีนกำลังเพิ่มกำลังผลิตพลังงานหมุนเวียนอย่างรวดเร็ว ทำให้บริการรักษาสมดุลระบบมีความจำเป็น โรงไฟฟ้าจูหรงเพิ่มขีดความสามารถหลายด้านในพื้นที่เดียว ทั้งการลดภาระช่วงพีกเพื่อลดแรงกดดันจากความต้องการใช้ไฟฟ้าที่พุ่งสูงในช่วงเย็น การควบคุมความถี่เพื่อรักษาความถี่ของโครงข่ายให้คงที่ที่ 50 เฮิรตซ์ การควบคุมเฟสเพื่อพยุงแรงดันไฟฟ้า และกำลังสำรองฉุกเฉินสำหรับเหตุขัดข้อง ตามข้อมูลจากผู้ดำเนินโครงการ สถานีแห่งนี้สามารถจ่ายกำลังควบคุมแบบสองทิศทางได้ราว 2.7 ล้านกิโลวัตต์

การเลือกทำเลไม่ใช่เรื่องบังเอิญ เจียงซูมีภาระโหลดไฟฟ้าสูงสุดเกิน 100 ล้านกิโลวัตต์ติดต่อกันมาเก้าปี และในฤดูร้อนที่ผ่านมา โครงข่ายไฟฟ้าทำสถิติสูงสุดที่ 156 ล้านกิโลวัตต์ การตั้งโรงไฟฟ้ากักเก็บพลังงานขนาดใหญ่ใจกลางระบบนี้ช่วยลดความจำเป็นในการเดินเครื่องโรงไฟฟ้าถ่านหินสำหรับช่วงพีก และเพิ่มความสามารถในการรับพลังงานหมุนเวียนที่อาจถูกจำกัดการผลิตเมื่อโครงข่ายรับไฟฟ้าทั้งหมดไม่ไหว

เบื้องหลังโครงการสูง 182 เมตร

สถานีจูหรงสูง 182.3 เมตร หรือประมาณความสูงของอาคาร 60 ชั้น อ่างเก็บน้ำกักเก็บน้ำได้ 17.07 ล้านลูกบาศก์เมตร โรงไฟฟ้ามีกำลังการผลิตติดตั้ง 1.35 ล้านกิโลวัตต์ และเมื่อเดินเครื่องเต็มรูปแบบ คาดว่าจะผลิตไฟฟ้าได้ราว 1.35 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมงในปีปกติที่มีการผลิต โครงการนี้มักได้รับการขนานนามว่าเป็นธนาคารพลังงานน้ำ โดยกักเก็บพลังงานเมื่อไฟฟ้ามีมากและราคาถูก ก่อนจ่ายคืนเมื่อความต้องการและราคาสูงขึ้น

วิศวกรต้องทำตามเป้าหมายที่ท้าทายสำหรับเขื่อนสูบกลับที่สร้างบนที่ราบซึ่งมีความต้องการใช้ไฟฟ้าสูง แทนที่จะตั้งอยู่ลึกเข้าไปในหุบเขาห่างไกล ตัวเขื่อนใช้แผ่นเยื่อสังเคราะห์กันซึมชนิดใหม่เพื่อลดการรั่วไหลและปกป้องน้ำใต้ดิน โรงไฟฟ้ายังติดตั้งวาล์วบอลขนาดใหญ่ที่สุดกลุ่มหนึ่งในจีน ซึ่งช่วยเพิ่มความปลอดภัยและทำให้การบำรุงรักษาง่ายขึ้น การเลือกใช้เทคโนโลยีเหล่านี้ช่วยให้สถานีหมุนเวียนน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและลดเวลาหยุดเดินเครื่อง

อุปกรณ์ในโรงไฟฟ้าเป็นเพียงส่วนหนึ่งของเรื่องราว ศูนย์ควบคุมการจ่ายไฟต้องบริหารการเริ่มเดินเครื่องและหยุดเครื่องอย่างรวดเร็ว รวมถึงการสลับโหมดระหว่างสูบน้ำกับผลิตไฟฟ้าบ่อยครั้ง จึงต้องมีระบบควบคุมดิจิทัลที่แข็งแกร่ง การตรวจวัดระดับน้ำอย่างแม่นยำ และการประสานงานกับผู้ดำเนินการโครงข่ายไฟฟ้าระดับภูมิภาค เนื่องจากระดับน้ำในอ่างด้านบนขึ้นลงทุกวัน เจ้าหน้าที่จึงเสริมความแข็งแรงให้แนวตลิ่งและกำหนดหลักเกณฑ์การเดินเครื่องเพื่อจำกัดการกัดเซาะและคุ้มครองชุมชนใกล้เคียง

บทบาทในแผนขยายกำลังผลิตพลังน้ำของจีน

พอร์ตโฟลิโอพลังน้ำของจีนครอบคลุมทั้งเขื่อนขนาดยักษ์บนแม่น้ำทางตะวันตกเฉียงใต้ของประเทศ และเครือข่ายสถานีสูบกลับที่กำลังขยายตัวใกล้ศูนย์กลางความต้องการใช้ไฟฟ้า สถานีไฟฟ้าพลังน้ำไป๋เฮ่อถานบนแม่น้ำจินซา มีกำลังผลิต 16 กิกะวัตต์ อยู่หลังเขื่อนโค้งสูง 289 เมตร ทำให้เป็นโรงไฟฟ้าพลังน้ำใหญ่อันดับสองของโลก รองจากเขื่อนสามผา โครงการอย่างไป๋เฮ่อถานและอูตงเต๋อผลิตไฟฟ้าคาร์บอนต่ำปริมาณมาก และช่วยควบคุมน้ำท่วมตามระบบแม่น้ำสายยาว

พลังน้ำแบบสูบกลับมีบทบาทที่แตกต่างแต่เกื้อหนุนกัน โดยไม่ได้สร้างพลังงานปฐมภูมิใหม่จากกระแสน้ำในแม่น้ำ แต่ช่วยย้ายพลังงานข้ามช่วงเวลาเป็นชั่วโมงหรือวัน และทำให้สายส่งไฟฟ้าแรงดันสูงพิเศษระยะไกลทำงานได้ราบรื่นขึ้น เมื่อไฟฟ้าพลังน้ำจากภาคตะวันตกเฉียงใต้หรือไฟฟ้าจากฟาร์มกังหันลมทางตอนเหนือส่งมาทางตะวันออก โรงไฟฟ้าสูบกลับใกล้ชายฝั่งจะรับไฟฟ้าส่วนเกินและปล่อยพลังงานในช่วงพีก ช่วยลดการจำกัดการผลิตพลังงานหมุนเวียน และลดความจำเป็นในการใช้โรงไฟฟ้าผลิตไฟฟ้าช่วงพีกที่มีต้นทุนสูงในเมือง

จีนขยายกำลังผลิตพลังน้ำแบบสูบกลับอย่างรวดเร็วในช่วงแผนปัจจุบัน นับตั้งแต่เริ่มแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 14 มีกำลังผลิตพลังน้ำแบบสูบกลับเพิ่มเข้าสู่โครงข่ายแล้วกว่า 44.53 ล้านกิโลวัตต์ เป้าหมายด้านสภาพภูมิอากาศของประเทศกำหนดให้การปล่อยคาร์บอนสูงสุดก่อนปี 2030 และบรรลุความเป็นกลางทางคาร์บอนภายในปี 2060 ระบบกักเก็บพลังงานเป็นสะพานเชื่อมที่เปิดทางให้เพิ่มสัดส่วนพลังงานหมุนเวียนได้โดยไม่ลดทอนความน่าเชื่อถือ และพลังน้ำแบบสูบกลับยังเป็นแกนหลักของความพยายามดังกล่าว

ความก้าวหน้าทางวิศวกรรมและผลแลกเปลี่ยนด้านสิ่งแวดล้อม

ความก้าวหน้าทางเทคนิคทำให้สามารถสร้างเขื่อนสูงระดับนี้สำหรับสถานีสูบกลับได้ แผ่นกันซึมช่วยปกป้องโครงสร้างเขื่อนและจำกัดการสูญเสียน้ำ วาล์วทรงกลมขนาดใหญ่พิเศษรองรับแรงดันสูงจากระดับหัวน้ำที่สูงขึ้น จึงเพิ่มความปลอดภัย ผู้ก่อสร้างต้องดำเนินงานใต้ดินที่ซับซ้อน อุโมงค์รับน้ำ และห้องลดแรงดันเป็นลำดับขั้น พร้อมกับจัดการผลกระทบต่อเมืองใกล้เคียง

พลังน้ำแบบสูบกลับอาจช่วยลดแรงกดดันต่อสิ่งแวดล้อมบางประการที่พบในเขื่อนกั้นแม่น้ำขนาดใหญ่มาก โครงการเหล่านี้มักตั้งอยู่นอกลำน้ำ จึงไม่ตัดเส้นทางอพยพของปลาในแม่น้ำสายหลัก อ่างเก็บน้ำมีขนาดเล็กกว่าและอยู่สูงขึ้นไปตามภูมิประเทศ จึงอาจช่วยจำกัดการโยกย้ายถิ่นฐาน อย่างไรก็ตาม ระดับน้ำที่ขึ้นลงทุกวันอาจสร้างความเครียดให้พืชพรรณและสัตว์ป่าริมฝั่ง ขณะที่การก่อสร้างยังคงรบกวนถิ่นอาศัย จำเป็นต้องออกแบบอย่างรอบคอบและกำหนดกฎการเดินเครื่องอย่างเข้มงวดเพื่อจำกัดการกัดเซาะ ควบคุมตะกอน และหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนของน้ำใต้ดิน

แนวทางพัฒนาพลังน้ำของจีนหันมาเน้นการควบคุมคุณภาพ หลังผ่านช่วงที่มีการสร้างโรงไฟฟ้าขนาดเล็กหลายพันแห่ง หน่วยงานรัฐได้ปิดหรือรื้อเขื่อนขนาดเล็กจำนวนมาก ซึ่งมักผิดกฎหมายและสร้างความเสียหายต่อพันธุ์สัตว์ที่อ่อนไหว รวมทั้งขัดแย้งกับแนวเขตคุ้มครองทางนิเวศฉบับใหม่ ปัจจุบันโครงการขนาดใหญ่ต้องผ่านการประเมินสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวดขึ้น และโครงการอย่างจูหรงนำเทคโนโลยีมาใช้ควบคุมการรั่วซึมและปกป้องแหล่งน้ำโดยรอบ

แรงสะเทือนระดับภูมิภาคและโครงการข้ามพรมแดน

พลังน้ำยังเป็นประเด็นทางการทูตในเอเชีย แผนของจีนที่จะสร้างโครงการขนาดยักษ์บนแม่น้ำยาร์ลุงซางโป ซึ่งเป็นต้นน้ำของแม่น้ำพรหมบุตร ทำให้อินเดียซึ่งอยู่ปลายน้ำจับตาอย่างใกล้ชิดและเรียกร้องให้มีมาตรการคุ้มครอง เจ้าหน้าที่ในกรุงนิวเดลีเน้นย้ำถึงความจำเป็นของความโปร่งใส การแบ่งปันข้อมูล และการหารือเกี่ยวกับโครงการที่อาจเปลี่ยนแปลงการไหลของน้ำ รูปแบบการทับถมของตะกอน หรือระบบนิเวศข้ามพรมแดน อินเดียกำลังพิจารณาโครงการพลังน้ำขนาดใหญ่ของตนเองในรัฐอรุณาจัลประเทศ เพื่อเสริมความมั่นคงด้านน้ำและการจ่ายไฟฟ้าในภาคตะวันออกเฉียงเหนือ

ทั้งสองฝ่ายกำลังหารือเกี่ยวกับการกลับมาแลกเปลี่ยนข้อมูลอุทกวิทยาและพิธีสารความร่วมมือเกี่ยวกับแม่น้ำข้ามพรมแดนตั้งแต่ระยะแรก ผู้เชี่ยวชาญในภูมิภาคชี้ว่าโครงการใดๆ ในเทือกเขาหิมาลัยจำเป็นต้องประเมินความเสี่ยงเฉพาะพื้นที่ เนื่องจากมีความเสี่ยงแผ่นดินไหวและระบบนิเวศเปราะบาง ขณะที่โรงไฟฟ้าสูบกลับอย่างจูหรงมักตั้งอยู่นอกลำน้ำและมีความเสี่ยงข้ามพรมแดนน้อยกว่า เขื่อนขนาดมหึมาบนแม่น้ำสายหลักจำเป็นต้องมีการสื่อสารระหว่างประเทศเพื่อนบ้านที่เข้มแข็งกว่า

นอกเหนือจากเอเชียใต้ การสร้างเขื่อนยังเป็นส่วนหนึ่งของยุทธศาสตร์ความมั่นคงทางพลังงานทั่วภูมิภาคยูเรเชีย โครงการร็อกุนของทาจิกิสถาน ซึ่งออกแบบให้มีเขื่อนสูง 335 เมตร ได้รับความสนใจจากพันธมิตรระหว่างประเทศที่ต้องการสนับสนุนให้เอเชียกลางพึ่งพาเชื้อเพลิงนำเข้าน้อยลง ความเคลื่อนไหวนี้สะท้อนแนวโน้มที่กว้างขึ้น ประเทศต่างๆ กำลังผสานพลังน้ำจากแม่น้ำสายใหญ่ในพื้นที่ที่เอื้ออำนวยเข้ากับสินทรัพย์กักเก็บพลังงาน เช่น โรงไฟฟ้าสูบกลับ เพื่อรักษาเสถียรภาพของโครงข่ายเมื่อมีพลังงานหมุนเวียนเข้ามาเพิ่มขึ้น

ผลต่อผู้บริโภคและภาคอุตสาหกรรม

สำหรับโรงงานและครัวเรือนในเจียงซู กำลังการกักเก็บพลังงานที่เพิ่มขึ้นหมายถึงปัญหาการขาดแคลนไฟฟ้าในช่วงพีกที่ลดลง และช่วยลดแรงกดดันต่อโครงข่ายในช่วงคลื่นความร้อน โรงไฟฟ้าสูบกลับช่วยหลีกเลี่ยงการจำกัดการผลิตอย่างฉับพลันของฟาร์มกังหันลมและแสงอาทิตย์ ทำให้พลังงานสะอาดที่จ่ายเงินไปแล้วไม่สูญเปล่า อีกทั้งยังลดการพึ่งพาโรงไฟฟ้าถ่านหินที่เดินเครื่องเฉพาะช่วงพีก ซึ่งมีต้นทุนสูงและก่อมลพิษในช่วงปลายกระบวนการผลิต

คาดว่าสถานีแห่งนี้จะผลิตไฟฟ้าได้ราว 1.35 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปีในรอบการผลิต ซึ่งใกล้เคียงกับปริมาณการใช้ไฟฟ้าต่อปีของครัวเรือนจีนทั่วไปประมาณหนึ่งล้านครัวเรือน การเปรียบเทียบนี้แสดงให้เห็นขนาดของอุปกรณ์ แต่ควรมองพลังน้ำแบบสูบกลับว่าเป็นสินทรัพย์ที่เพิ่มความยืดหยุ่นให้ระบบ โดยใช้พลังงานระหว่างสูบน้ำและจ่ายคืนส่วนใหญ่ในช่วงผลิตไฟฟ้า คุณค่าของระบบนี้อยู่ที่การช่วยให้มีไฟฟ้าใช้เมื่อความต้องการพุ่งสูง และรักษาแรงดันกับความถี่ให้เสถียรสำหรับอุปกรณ์อุตสาหกรรมที่มีความอ่อนไหว

เมื่อตลาดไฟฟ้าของจีนพัฒนาขึ้น โรงไฟฟ้าอย่างจูหรงจะมีรายได้ไม่เพียงจากการขายไฟฟ้าเป็นกิโลวัตต์ชั่วโมง แต่ยังมาจากบริการต่างๆ เช่น กำลังสำรองที่ตอบสนองรวดเร็วและการควบคุมความถี่ บริการเหล่านี้มีความสำคัญเพิ่มขึ้นเมื่อการใช้ไฟฟ้าขยายตัวในภาคขนส่ง ระบบทำความร้อน และการผลิต เมื่อมีระบบกักเก็บพลังงานในโครงข่ายมากขึ้น ต้นทุนการเชื่อมต่อโครงการพลังงานแสงอาทิตย์และลมเพิ่มเติมก็ลดลง ซึ่งจะเป็นประโยชน์ต่อผู้บริโภคในระยะยาว

ประเด็นสำคัญ

• จีนเปิดใช้เขื่อนพลังน้ำแบบสูบกลับสูง 182.3 เมตรในเจียงซู ซึ่งสูงที่สุดในโลกในประเภทเดียวกัน
• โรงไฟฟ้ากักเก็บน้ำได้ 17.07 ล้านลูกบาศก์เมตร และมีกำลังการผลิตติดตั้ง 1.35 ล้านกิโลวัตต์
• คาดว่าจะผลิตไฟฟ้าได้ราว 1.35 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปีในรอบการผลิต
• สถานีแห่งนี้ให้บริการลดภาระช่วงพีก ควบคุมความถี่ ควบคุมเฟส และจัดกำลังสำรองฉุกเฉินให้โครงข่ายไฟฟ้าภาคตะวันออกของจีน
• ภาระโหลดสูงสุดของเจียงซูแตะ 156 ล้านกิโลวัตต์ในฤดูร้อนนี้ ทำให้กำลังการกักเก็บพลังงานในพื้นที่มีความสำคัญมากขึ้น
• นับตั้งแต่เริ่มแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับปัจจุบัน จีนเพิ่มกำลังผลิตพลังน้ำแบบสูบกลับแล้วกว่า 44.53 ล้านกิโลวัตต์
• พลังน้ำแบบสูบกลับช่วยรับพลังงานลมและแสงอาทิตย์ที่ผันแปร และลดความจำเป็นในการเดินเครื่องโรงไฟฟ้าถ่านหินช่วงพีก
• วิศวกรใช้แผ่นกันซึมและวาล์วบอลขนาดใหญ่พิเศษเพื่อให้ได้มาตรฐานความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือสำหรับเขื่อนที่มีความสูงระดับนี้
• จีนกำลังรื้อเขื่อนขนาดเล็กจำนวนมากที่สร้างความเสียหายต่อระบบนิเวศ พร้อมตรวจสอบโครงการขนาดใหญ่อย่างเข้มงวดขึ้น
• จีนและอินเดียกำลังหารือแผนพลังน้ำข้ามพรมแดนบนแม่น้ำพรหมบุตร โดยมีเสียงเรียกร้องให้เกิดความโปร่งใสและการแบ่งปันข้อมูล