วิวัฒนาการและการพัฒนาระบบสูบน้ำเก็บกักน้ำ

คุณค่าการใช้งานอันเป็นเอกลักษณ์ของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับทำให้โรงไฟฟ้านี้เป็นส่วนสำคัญของระบบไฟฟ้าของประเทศส่วนใหญ่ การปรับโครงสร้างพลังงานและการพัฒนาระบบไฟฟ้าของประเทศเราจำเป็นต้องมีโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับที่มีขนาดเหมาะสม ดังนั้น โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเปลี่ยนผ่านพลังงานและการสร้างระบบไฟฟ้าใหม่

บทบาทของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับ

ทั้งการโกนยอดและการเติมหุบเขา

โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับเป็นโรงไฟฟ้าพลังน้ำรูปแบบพิเศษ ในช่วงที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงสุด (Peak Load) ของระบบไฟฟ้า โรงไฟฟ้าแห่งนี้สามารถใช้เป็นโรงไฟฟ้าพลังน้ำเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าและควบคุมการใช้พลังงานสูงสุด (Peak Regulation) ในช่วงที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้าต่ำ (Low Load) โรงไฟฟ้าแห่งนี้ยังสามารถใช้เป็นสถานีสูบน้ำเพื่อดูดซับไฟฟ้าต้นทุนต่ำและสูบน้ำเพื่อกักเก็บพลังงานไฟฟ้า ความแตกต่างของค่าสูงสุดต่อค่าต่ำสุดของระบบสามารถปรับปรุงลักษณะการใช้งานประจำวันของระบบไฟฟ้าและสภาพการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนและโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดใหญ่ ขณะเดียวกันยังช่วยลดต้นทุนการผลิตไฟฟ้า ลดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม และลดค่าใช้จ่ายในการอนุรักษ์พลังงานความร้อน ดังนั้น ประโยชน์ทางเศรษฐกิจจากการลดค่าสูงสุด (Peak-Shaped) ของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนแบบสูบกลับจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

แหล่งจ่ายไฟฉุกเฉิน

หน่วยโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับสามารถเริ่มต้นและหยุดได้อย่างรวดเร็ว โดยปกติแล้วจะใช้เวลาเพียง 2-3 นาทีตั้งแต่เริ่มต้นจนถึงการผลิตไฟฟ้าเต็มกำลัง และจะยิ่งเร็วขึ้นเมื่อทำการยกเครื่อง โดยใช้เวลาประมาณ 3 นาที เนื่องจากอุบัติเหตุในระบบไฟฟ้ามักเกิดขึ้นอย่างกะทันหัน เพื่อความปลอดภัยของระบบไฟฟ้าและความต้องการของผู้ใช้งาน จึงจำเป็นต้องจัดสรรกำลังการผลิตสำรองฉุกเฉินให้ทันเวลา โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับเป็นทางออกที่ดีที่สุดในการสำรองไฟฟ้าฉุกเฉินในระบบไฟฟ้า และเป็นแหล่งจ่ายไฟฟ้าสำรองฉุกเฉินที่เหมาะสมที่สุด

รับงานชั่วคราว

หน่วยเก็บพลังงานแบบสูบน้ำมีความเร็วในการเริ่มต้นที่รวดเร็วและอัตราความสำเร็จสูง และสามารถทำงานชั่วคราวได้ เช่น เมื่อโรงไฟฟ้าถ่านหินบางหน่วยหยุดทำงานและไม่สามารถเริ่มต้นได้ตามเวลาที่กำหนด ซึ่งจำเป็นต้องเปลี่ยนหน่วยชั่วคราว ขณะเดียวกัน เนื่องจากหน่วยเก็บพลังงานแบบสูบน้ำสามารถใช้เป็นทั้งแหล่งพลังงานและโหลด หน่วยเก็บพลังงานแบบสูบน้ำจึงสามารถทำงานร่วมกันอย่างใกล้ชิดระหว่างการทดสอบการลดโหลดและการสั่นสะเทือนเต็มกำลังระหว่างการทดลองใช้งานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์กำลังสูง น้ำ และพลังงานความร้อน ซึ่งทำให้การจ่ายไฟฟ้าเข้าระบบมีประสิทธิภาพมากขึ้น สะดวกและง่ายดาย

ตระหนักถึงการมอดูเลตความถี่และการมอดูเลตเฟส

ลักษณะเฉพาะของการผลิตพลังงานไฟฟ้าคือ การผลิต การจัดหา และการขายจะเสร็จสมบูรณ์ในคราวเดียว หากอุปทานเกินความต้องการ วงจรจะเพิ่มขึ้น และในทางกลับกัน วงจรมาตรฐานแห่งชาติคือ 50 เฮิรตซ์ และช่วงการเปลี่ยนแปลงที่อนุญาตคือ 49.8-50.2 เฮิรตซ์ มิฉะนั้นคุณภาพของแหล่งจ่ายไฟจะไม่ได้มาตรฐาน เนื่องจากหน่วยเก็บพลังงานแบบสูบน้ำมีความยืดหยุ่นในการใช้งาน ความสามารถในการไต่ระดับที่แข็งแกร่ง ความเร็วเอาต์พุตและความเร็วขาขึ้นและขาลงที่รวดเร็ว และความสามารถในการติดตามการเปลี่ยนแปลงของโหลดกริดได้อย่างรวดเร็ว จึงสามารถทำงานมอดูเลตความถี่กริดได้ และเป็นโรงไฟฟ้ามอดูเลตความถี่ที่เหมาะสมที่สุดในระบบไฟฟ้า ในขณะเดียวกัน ไม่เพียงแต่กำลังไฟฟ้าจริงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟในระบบไฟฟ้าจะต้องสมดุลกัน เพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้าของกริดให้คงที่ มิฉะนั้นคุณภาพของแหล่งจ่ายไฟจะยากต่อการรับประกัน ดังนั้นบางหน่วยในระบบไฟฟ้าจึงจำเป็นต้องทำงานมอดูเลตเฟส การมอดูเลตเฟสของหน่วยเก็บพลังงานแบบสูบน้ำใช้พลังงานน้อยลงและควบคุมได้ง่าย จึงเป็นทางออกที่ดีที่สุดสำหรับงานมอดูเลตเฟสในระบบไฟฟ้า

บทนำสั้นๆ เกี่ยวกับการพัฒนาระบบสูบน้ำเก็บกักน้ำ

สถานีไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบน้ำกักเก็บน้ำถือกำเนิดขึ้นในสวิตเซอร์แลนด์ในปี พ.ศ. 2425 และวัตถุประสงค์หลักในยุคแรกคือการกักเก็บน้ำ ในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 20 การพัฒนาสถานีไฟฟ้าแบบสูบน้ำกักเก็บน้ำเป็นไปอย่างเชื่องช้า จนกระทั่งสิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่ 2 ในปี พ.ศ. 2488 มีสถานีไฟฟ้าแบบสูบน้ำกักเก็บน้ำที่เปิดใช้งานทั่วโลกเพียงมากกว่า 50 แห่ง โดยส่วนใหญ่กระจายอยู่ในสหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น และบางประเทศในยุโรป

นับตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1960 ถึง 1980 นับเป็นช่วงเวลาแห่งการพัฒนาโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับอย่างเข้มแข็ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงทศวรรษ 1970 ถึง 1980 ซึ่งถือเป็นยุคทองของการพัฒนาโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับ หลังสงครามโลกครั้งที่ 2 ประเทศในยุโรปและอเมริกาได้ประสบกับการพัฒนาทางเศรษฐกิจอย่างรวดเร็วเป็นเวลา 20 ปี ภาระการใช้ไฟฟ้าก็เพิ่มขึ้นตามไปด้วย และมาตรฐานการครองชีพของประชาชนก็ดีขึ้น ส่งผลให้ส่วนต่างระหว่างการใช้พลังงานสูงสุดและการใช้พลังงานในหุบเขาเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับที่มีประสิทธิภาพในการลดการใช้พลังงานสูงสุดและการเติมพลังงานในหุบเขาที่ดี นำไปสู่โอกาสในการพัฒนาอย่างรวดเร็ว ในช่วงทศวรรษ 1960 กำลังการผลิตติดตั้งของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับเพิ่มขึ้นเฉลี่ย 1,259 เมกะวัตต์ต่อปี ขณะที่ในช่วงทศวรรษ 1970 และ 1980 เพิ่มขึ้น 3,051 เมกะวัตต์ และ 4,036 เมกะวัตต์ ตามลำดับ

หลังจากทศวรรษ 1990 อัตราการเติบโตของเศรษฐกิจโลกลดลงอย่างรวดเร็ว ภาวะเศรษฐกิจถดถอยส่งผลให้การเติบโตของปริมาณการใช้ไฟฟ้าชะลอตัว อัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปีของการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับลดลงจาก 6.45% ในช่วงทศวรรษ 1980 เหลือ 1.55%

ตามข้อมูลล่าสุดจาก “เอกสารวิจัยอุตสาหกรรมการกักเก็บพลังงาน 2023” ระบุว่าขนาดสะสมของการกักเก็บพลังงานทั่วโลกที่ใช้งานในปี 2022 จะอยู่ที่ 237.2GW โดยมีอัตราการเติบโตต่อปีที่ 15% โดยสัดส่วนของกำลังการผลิตติดตั้งสะสมของการกักเก็บพลังงานแบบสูบกลับจะลดลงต่ำกว่า 80% เป็นครั้งแรก ซึ่งลดลง 6.8% เมื่อเทียบกับปีก่อน

โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับได้ของประเทศผมเริ่มต้นค่อนข้างช้า ในช่วงทศวรรษ 1960 ได้มีการติดตั้งชุดเครื่องสูบน้ำแบบไหลเฉียงกลับได้ (reversible diagonal flow unit) ขนาด 11,000 กิโลวัตต์ นำเข้าจากญี่ปุ่น ที่โรงไฟฟ้าพลังน้ำกังหนานในมณฑลเหอเป่ย และมีการติดตั้งชุดเครื่องสูบน้ำที่ผลิตภายในประเทศอีกสองชุดที่โรงไฟฟ้าพลังน้ำหมี่หยุนในกรุงปักกิ่ง ชุดเครื่องสูบน้ำแบบไหลเฉียงกลับได้ขนาด 11,000 กิโลวัตต์ ทำให้โรงไฟฟ้าพลังน้ำกังหนานและหมี่หยุนเป็นโรงไฟฟ้าแบบผสมผสาน ซึ่งไม่เพียงแต่สามารถผลิตไฟฟ้าได้ตามปกติเท่านั้น แต่ยังสูบน้ำเพื่อกักเก็บพลังงานได้อีกด้วย

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการเปลี่ยนผ่านพลังงานสู่พลังงานสีเขียวและคาร์บอนต่ำ อุตสาหกรรมโรงไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียนแบบสูบกลับของประเทศจึงขยายตัวอย่างต่อเนื่อง และระบบห่วงโซ่อุตสาหกรรมก็ได้ก่อตัวขึ้นโดยพื้นฐานแล้ว ข้อมูลจากสำนักงานบริหารพลังงานแห่งชาติ (NBA) ระบุว่า ในปี 2022 กำลังการผลิตไฟฟ้าแบบสูบกลับที่ติดตั้งใหม่ของจีนจะสูงถึง 8.8 กิกะวัตต์ และภายในสิ้นปี 2022 กำลังการผลิตไฟฟ้าแบบสูบกลับที่ติดตั้งสะสมจะสูงถึง 45.19 กิกะวัตต์ เพิ่มขึ้น 24.18% เมื่อเทียบกับปี 2021 คิดเป็น 25% ของตลาดโลกทั้งหมด หรือคิดเป็น 38% ของตลาดโลก

ในปี พ.ศ. 2021 สำนักงานพลังงานแห่งชาติได้ออก “แผนพัฒนาระยะกลางและระยะยาวสำหรับโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับ (พ.ศ. 2021-2035)” เพื่อเป็นแนวทางในการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับเพื่อเร่งรัดนโยบายดังกล่าวให้มากขึ้น คาดการณ์ว่ากำลังการผลิตติดตั้งจะสูงถึง 62 กิกะวัตต์ภายในปี พ.ศ. 2025 และประมาณ 120 กิกะวัตต์ภายในปี พ.ศ. 2030 โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับเป็นเทคโนโลยีการแปลงพลังงานชนิดหนึ่ง ซึ่งสามารถปรับปรุงโครงสร้างโครงข่ายไฟฟ้าและเพิ่มประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยของโครงข่ายไฟฟ้าได้ ซึ่งรัฐบาลให้ความสำคัญอย่างยิ่ง

ปัญหาการวางตำแหน่งของถังเก็บน้ำแบบสูบ

การประเมินโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบกลับมักจะพิจารณาจากราคาไฟฟ้าในระบบส่งไฟฟ้า มุมมองที่ค่อนข้างลำเอียงเช่นนี้นำไปสู่การขาดความเข้าใจเกี่ยวกับตำแหน่งการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบกลับในระบบไฟฟ้า โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบกลับเกิดขึ้นจากการไม่แยกแยะความแตกต่างระหว่างโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบกลับและโรงไฟฟ้าทั่วไปในระบบ โดยพิจารณาเพียงข้อบกพร่องในระยะสั้น มองข้ามความคุ้มค่าของระบบ บทบาทสำคัญในการทำงานที่ปลอดภัยและมีเสถียรภาพของระบบไฟฟ้า รวมถึงการประกันคุณภาพของแหล่งจ่ายไฟฟ้า ความตระหนักรู้ถึงความเฉื่อยชาของราคาไฟฟ้าที่สูงในระบบส่งไฟฟ้าและประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจที่ต่ำ ส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อการประเมินโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบกลับอย่างถูกต้อง

โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับนั้นส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับผลประโยชน์เชิงพลวัตในระบบโครงข่ายไฟฟ้า และราคาไฟฟ้าที่จ่ายผ่านโครงข่ายไฟฟ้าสะท้อนเพียงปริมาณพลังงานที่ผลิตโดยโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับ ซึ่งเมื่อเทียบกับโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบเดิมแล้วถือว่าค่อนข้างต่ำ โดยคิดเป็นประมาณหนึ่งในสี่ของพลังงานที่ผลิตโดยโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบเดิม การผลิตไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับมักมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับระดับภาระไฟฟ้าของโครงข่ายไฟฟ้า โครงสร้างแหล่งพลังงาน และการพัฒนาเศรษฐกิจระดับภูมิภาค จึงทำให้ยากต่อการประเมิน การผลิตไฟฟ้าที่ต่ำของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับเป็นผลที่หลีกเลี่ยงไม่ได้จากการปรับปรุงระบบ หากใช้ราคาไฟฟ้าที่จ่ายผ่านโครงข่ายไฟฟ้าเป็นตัวชี้วัดเพียงอย่างเดียวในการกำหนดโครงการโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับ ก็จะส่งผลกระทบเชิงลบอย่างมากต่อการอนุมัติโครงการของโรงไฟฟ้า ซึ่งส่งผลเสียอย่างมากต่อการปรับโครงสร้างพลังงานในปัจจุบัน ในส่วนของโครงข่ายไฟฟ้า จะมีการให้ความสำคัญกับการจัดหาพลังงานไฟฟ้าให้มากขึ้น เป็นต้น ปัญหาต่างๆ ที่เกิดขึ้นทำให้ไม่สามารถมองเห็นประโยชน์ของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับได้อย่างเต็มที่ ซึ่งส่งผลกระทบทางอ้อมต่อความกระตือรือร้นในการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับ

แนวคิดการพัฒนาระบบสูบน้ำเก็บกักน้ำ

การประสานงานและบูรณาการกับการวางแผนพลังงาน

การวางแผนการสูบกักเก็บพลังงานควรอยู่ภายใต้คำแนะนำของแผนการพัฒนาของอุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้า และควรวางแผนในลักษณะที่เป็นหนึ่งเดียวกับแหล่งพลังงานและโครงข่ายไฟฟ้าอื่นๆ เพื่อให้สามารถมีบทบาทเชิงรุกของโรงไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพในการรับรองความปลอดภัยและเสถียรภาพของโครงข่ายไฟฟ้า ปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของระบบ และตระหนักถึงการจัดสรรทรัพยากรที่เหมาะสมที่สุดในช่วงกว้างที่สุด

ปรับตัวได้ดีกับกลยุทธ์ด้านพลังงาน

การวางแผนการสูบกักเก็บพลังงานจะต้องปรับให้เข้ากับยุทธศาสตร์การพัฒนาพลังงานแห่งชาติโดยรวม ปรับให้เข้ากับการปรับโครงสร้างพลังงานในปัจจุบัน สถานการณ์การพัฒนาที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม คาร์บอนต่ำ และสะอาด และตอบสนองข้อกำหนดใหม่สำหรับการดำเนินงานระบบไฟฟ้าอย่างปลอดภัย และการพัฒนาพลังงานใหม่สำหรับการก่อสร้างสถานีพลังงานสูบกักเก็บพลังงาน

เสริมสร้างการวางแผนโรงไฟฟ้าแบบรวมศูนย์

การก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานสูบน้ำจะต้องผสมผสานโครงสร้างพลังงาน โครงร่างพลังงาน การพัฒนาโครงข่ายไฟฟ้า ลักษณะโหลด เครือข่ายระดับชาติ และปัจจัยอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง ตลอดจนการวางตำแหน่งฟังก์ชันต่างๆ ของโรงไฟฟ้าพลังงานสูบน้ำที่ปลายทางส่งและปลายทางรับอย่างเหมาะสม เพื่อกำหนดสัดส่วน โครงร่าง และระยะเวลาในการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานสูบน้ำที่เหมาะสม เพื่อให้การก่อสร้างและพัฒนาโรงไฟฟ้าพลังงานสูบน้ำดำเนินไปอย่างเป็นวิทยาศาสตร์และเป็นระเบียบเรียบร้อย

โดยคำนึงถึงผลประโยชน์ที่ครอบคลุมของการกระจายความเสี่ยง

ในกระบวนการส่งเสริมการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบกลับ ควรสำรวจและเลือกสถานที่ตั้งโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำอย่างละเอียด เพื่อให้มั่นใจว่าโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบกลับมีขนาดที่เหมาะสม มีสภาพแวดล้อมที่ดี มีตัวชี้วัดที่ดี และมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมทางธรรมชาติและระบบนิเวศน้อย ด้วยเหตุนี้ โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบกลับจึงควรคำนึงถึงประโยชน์ด้านพลังงานอย่างครอบคลุม การร่างแผนการก่อสร้างโดยละเอียด ฯลฯ

เร่งงานเบื้องต้นของโรงไฟฟ้า

ตามหลักการของความใกล้ชิดกับศูนย์โหลด ภูมิประเทศและสภาพทางธรณีวิทยาที่เหนือกว่าและตัวบ่งชี้ทางเทคนิค ดำเนินการเลือกสถานที่สำหรับสถานีพลังงานกักเก็บพลังงานแบบสูบอย่างครอบคลุมและเป็นระบบ ปรับปรุงความคืบหน้าของงานเบื้องต้น เตรียมสำรองโครงการล่วงหน้า และรับรองการดำเนินการตามแผนการก่อสร้างกักเก็บพลังงานแบบสูบ

มุ่งมั่นเพื่อผลตอบแทนจากการลงทุนที่สมเหตุสมผล

ปัจจุบัน ต้นทุนการก่อสร้างและการดำเนินงานของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับในประเทศของผมส่วนใหญ่ตกเป็นภาระของบริษัทโครงข่ายไฟฟ้า ซึ่งเพิ่มแรงกดดันในการดำเนินงานของบริษัทโครงข่ายไฟฟ้าอย่างมาก ในอนาคต จะมีการพิจารณาคำนวณต้นทุนการลงทุนและการดำเนินงานของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับอย่างสมเหตุสมผล และจะพยายามที่จะรวมต้นทุนเหล่านี้ไว้ในต้นทุนการดำเนินงานของโครงข่ายไฟฟ้าอย่างครบถ้วน และจะกำหนดกลไกราคาค่าไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องอย่างเป็นระบบและครบถ้วน

สรุปได้ว่า ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของอุตสาหกรรมสูบน้ำของประเทศ และการกำหนดนโยบายระดับชาติอย่างแข็งขัน โรงไฟฟ้าสูบน้ำจะได้รับความรับผิดชอบและภารกิจมากขึ้น ในอนาคตอันใกล้ ประเทศของผมจะก้าวเข้าสู่ยุคทองของอุตสาหกรรมสูบน้ำ