La construction d'un nouveau système électrique est un projet complexe et systématique. Il doit prendre en compte simultanément la sécurité et la stabilité de l'approvisionnement, la part croissante des nouvelles énergies et le coût raisonnable du système. Il doit gérer la relation entre la transformation propre des centrales thermiques, la pénétration ordonnée des énergies renouvelables comme l'éolien et la pluie, la mise en place de capacités de coordination et d'entraide du réseau électrique, et l'allocation rationnelle de ressources flexibles. La planification scientifique du parcours de construction du nouveau système électrique est la base pour atteindre l'objectif de pic d'émissions de carbone et de neutralisation carbone, et constitue également le cadre et le guide du développement des différentes entités du nouveau système électrique.
D'ici fin 2021, la capacité installée de production d'électricité à partir du charbon en Chine dépassera 1,1 milliard de kilowatts, soit 46,67 % de la capacité installée totale de 2,378 milliards de kilowatts, et la capacité de production d'électricité à partir du charbon sera de 5 042,6 milliards de kilowattheures, soit 60,06 % de la capacité totale de production de 8 395,9 milliards de kilowattheures. La pression sur la réduction des émissions est énorme, il est donc nécessaire de réduire la capacité afin de garantir la sécurité de l'approvisionnement. La capacité installée de l'énergie éolienne et solaire est de 635 millions de kilowatts, ce qui ne représente que 11,14 % de la capacité technologique totale développable de 5,7 milliards de kilowatts, et la capacité de production d'électricité est de 982,8 milliards de kilowattheures, ce qui ne représente que 11,7 % de la capacité totale de production d'électricité. La capacité installée et la capacité de production d'électricité de l'énergie éolienne et solaire ont une énorme marge de progression et doivent accélérer leur pénétration dans le réseau électrique. Il existe un sérieux manque de ressources pour la flexibilité du système. La capacité installée des sources d'énergie régulées flexibles telles que le pompage-turbinage et la production d'électricité au gaz ne représente que 6,1 % de la capacité installée totale. En particulier, la capacité installée totale du pompage-turbinage est de 36,39 millions de kilowatts, soit seulement 1,53 % de la capacité installée totale. Des efforts doivent être faits pour accélérer le développement et la construction. De plus, la technologie de simulation numérique devrait être utilisée pour prédire la production de nouvelles énergies du côté de l'offre, contrôler et exploiter avec précision le potentiel de la gestion de la demande, et accroître la proportion de transformation flexible des grands groupes électrogènes à incendie. Améliorer la capacité du réseau électrique à optimiser l'allocation des ressources dans une large gamme afin de résoudre le problème de l'insuffisance de la capacité de régulation du système. Dans le même temps, certains organismes principaux du système peuvent fournir des services avec des fonctions similaires, comme la configuration du stockage d'énergie et l'ajout de lignes de raccordement au réseau électrique pour améliorer le flux d'énergie local, et la configuration des centrales de pompage-turbinage pour remplacer certains condensateurs. Dans ce cas, le développement coordonné de chaque sujet, l’allocation optimale des ressources et les économies de coûts dépendent tous d’une planification scientifique et raisonnable et doivent être coordonnés à partir d’une portée plus large et d’une échelle de temps plus longue.
À l'ère du système électrique traditionnel, où la source suit la charge, la planification de l'approvisionnement et du réseau électrique en Chine pose quelques problèmes. À l'ère du nouveau système électrique, avec le développement commun de « source, réseau, charge et stockage », l'importance d'une planification collaborative est encore plus grande. Le pompage-turbinage, en tant que source d'énergie propre et flexible, joue un rôle essentiel pour garantir la sécurité du grand réseau électrique, répondre à une consommation d'énergie propre et optimiser le fonctionnement du système. Plus important encore, nous devons renforcer les orientations de planification et prendre pleinement en compte le lien entre notre propre développement et les besoins de construction du nouveau système électrique. Français Depuis l'entrée en vigueur du « Quatorzième Plan Quinquennal », l'État a successivement publié des documents tels que le Plan de développement à moyen et long terme du stockage par pompage (2021-2035), le Plan de développement à moyen et long terme de l'industrie de l'hydrogène (2021-2035) et le Plan de développement des énergies renouvelables pour le « Quatorzième Plan Quinquennal » (FGNY [2021] n° 1445), mais ils se limitent à ce secteur. Le « Quatorzième Plan Quinquennal » pour le développement de l'énergie, qui est d'une grande importance pour la planification et l'orientation globales du secteur de l'énergie, n'a pas été officiellement publié. Il est suggéré que le département national compétent publie un plan à moyen et long terme pour la construction d'un nouveau système électrique afin de guider la formulation et l'ajustement continu des autres plans du secteur de l'énergie, afin d'atteindre l'objectif d'optimisation de l'allocation des ressources.
Développement synergique du stockage par pompage et du stockage des nouvelles énergies
Fin 2021, la Chine avait mis en service 5,7297 millions de kilowatts de nouvelles capacités de stockage d'énergie, dont 89,7 % de batteries lithium-ion, 5,9 % de batteries au plomb, 3,2 % d'air comprimé et 1,2 % d'autres formes de stockage. La capacité installée du stockage par pompage s'élève à 36,39 millions de kilowatts, soit plus de six fois celle des nouveaux types de stockage d'énergie. Ces deux types de stockage sont des composantes importantes du nouveau système électrique. Leur association au sein du système électrique permet de mettre en valeur leurs avantages respectifs et d'améliorer encore la capacité de régulation du système. Cependant, il existe des différences évidentes entre les deux systèmes en termes de fonctionnement et de scénarios d'application.
Le stockage d'énergie renouvelable désigne les nouvelles technologies de stockage d'énergie autres que le pompage-turbinage, notamment le stockage électrochimique, le volant d'inertie, l'air comprimé, le stockage d'hydrogène (ammoniac), etc. La plupart des nouvelles centrales de stockage d'énergie présentent l'avantage d'une construction rapide et d'un choix d'emplacement simple et flexible, mais la situation économique actuelle n'est pas idéale. Parmi elles, le stockage électrochimique est généralement de 10 à 100 MW, avec un temps de réponse de quelques dizaines à quelques centaines de millisecondes, une densité énergétique élevée et une bonne précision de réglage. Il est principalement adapté aux applications d'écrêtement des pointes de consommation, généralement connectées au réseau de distribution basse tension ou à la nouvelle centrale, et techniquement adapté aux environnements de réglage fréquent et rapide, tels que la modulation de fréquence primaire et secondaire. Le stockage d'énergie par air comprimé utilise l'air comme fluide, ce qui se caractérise par une grande capacité, de nombreuses charges et décharges, et une longue durée de vie. Cependant, son rendement actuel est relativement faible. Le stockage d'énergie par air comprimé est la technologie de stockage d'énergie la plus proche du pompage-turbinage. Dans les déserts, les déserts de Gobi et autres zones où le pompage-turbinage n'est pas adapté, le stockage d'énergie par air comprimé peut s'intégrer efficacement à la consommation d'énergie nouvelle dans les grands bassins hydrographiques, avec un fort potentiel de développement. L'hydrogène est un vecteur important pour une utilisation efficace et à grande échelle des énergies renouvelables. Ses capacités de stockage à grande échelle et sur de longues périodes favorisent une répartition optimale de l'énergie hétérogène entre les régions et les saisons. Il constitue un élément important du futur système énergétique national et offre de vastes perspectives d'application.
En revanche, les centrales de pompage-turbinage présentent une maturité technique élevée, une grande capacité, une longue durée de vie, une fiabilité élevée et une rentabilité élevée. Elles sont adaptées aux situations d'écrêtement de pointe de capacité ou de demande d'électricité, et sont connectées au réseau principal à un niveau de tension plus élevé. Compte tenu des exigences de pointe et de neutralisation carbone, et du retard relatif du développement antérieur, afin d'accélérer le développement du pompage-turbinage et de répondre aux exigences d'augmentation rapide de la capacité installée, le rythme de construction standardisée des centrales de pompage-turbinage en Chine a été encore accéléré. La construction standardisée est une mesure importante pour faire face aux diverses difficultés et défis une fois que les centrales de pompage-turbinage entrent en période de pointe de développement, de construction et de production. Elle contribue à accélérer la fabrication des équipements et à améliorer la qualité, à promouvoir la sécurité et l'ordre dans la construction des infrastructures, à améliorer l'efficacité de la production, de l'exploitation et de la gestion, et constitue une garantie importante pour le développement du pompage-turbinage vers une gestion optimisée.
Parallèlement, le développement diversifié du pompage-turbinage est progressivement valorisé. Tout d'abord, le plan à moyen et long terme pour le pompage-turbinage propose de renforcer le développement des petites et moyennes centrales. Ces dernières présentent les avantages d'un site riche en ressources, d'une configuration flexible, d'une proximité avec le centre de charge et d'une intégration étroite avec les nouvelles énergies décentralisées, ce qui constitue un complément important au développement du pompage-turbinage. Deuxièmement, il s'agit d'explorer le développement et l'application du pompage-turbinage d'eau de mer. La consommation connectée au réseau de l'éolien offshore à grande échelle doit être configurée avec des ressources d'ajustement flexibles correspondantes. Selon l'Avis sur la publication des résultats du recensement des ressources des centrales de pompage-turbinage d'eau de mer (GNXN [2017] n° 68) publié en 2017, les ressources chinoises de pompage-turbinage d'eau de mer sont principalement concentrées dans les zones offshore et insulaires des cinq provinces côtières orientales et des trois provinces côtières méridionales, offrant de bonnes perspectives de développement. Enfin, la capacité installée et les heures d'utilisation sont prises en compte dans leur ensemble, en combinaison avec la demande de régulation du réseau électrique. Avec la part croissante des nouvelles énergies et leur tendance à devenir la principale source d'approvisionnement énergétique à l'avenir, un stockage d'énergie de grande capacité et à long terme deviendra indispensable. Sur le site de la station, il convient d'envisager l'augmentation de la capacité de stockage et l'allongement des heures d'utilisation, sans être soumis à des contraintes telles que l'indice de coût unitaire et sans tenir compte de la demande du système.
Par conséquent, dans le contexte actuel de grave pénurie de ressources flexibles dans le système électrique chinois, le pompage-turbinage et le nouveau stockage d'énergie offrent de vastes perspectives de développement. Compte tenu de leurs caractéristiques techniques différentes, et sous réserve d'une prise en compte complète des différents scénarios d'accès, des besoins réels du système électrique régional et des contraintes liées à la sécurité, à la stabilité, à la consommation d'énergie propre et à d'autres conditions limites, une planification collaborative des capacités et de l'aménagement doit être mise en œuvre afin d'obtenir un effet optimal.
Influence du mécanisme de prix de l'électricité sur le développement du pompage-turbinage
Le pompage-turbinage dessert l'ensemble du système électrique, incluant les fournisseurs d'électricité, le réseau électrique et les utilisateurs. Toutes les parties en bénéficient de manière non concurrentielle et non exclusive. D'un point de vue économique, les produits fournis par le pompage-turbinage sont des biens publics du système électrique et assurent des services publics pour son bon fonctionnement.
Avant la réforme du système électrique, l'État a édicté des politiques précisant que le pompage-turbinage servait principalement le réseau électrique et était principalement exploité par les entreprises exploitantes du réseau, de manière unifiée ou louée. À cette époque, le gouvernement fixait de manière uniforme le prix de l'électricité sur le réseau et le prix de vente. Les principales recettes du réseau électrique provenaient de la différence entre les prix d'achat et de vente. La politique en vigueur définissait essentiellement que le coût du pompage-turbinage devait être récupéré sur la différence entre les prix d'achat et de vente du réseau électrique et unifiait le canal de dragage.
Après la réforme du prix de l'électricité de transport et de distribution, l'Avis de la Commission nationale du développement et de la réforme sur les questions relatives à l'amélioration du mécanisme de formation des prix des centrales de pompage-turbinage (FGJG [2014] n° 1763) a précisé que le prix de l'électricité en deux parties était appliqué à l'électricité de pompage-turbinage, vérifié selon le principe du coût raisonnable plus revenu admissible. La charge d'électricité de capacité et les pertes de pompage des centrales de pompage-turbinage sont incluses dans la comptabilité unifiée des coûts d'exploitation du réseau électrique local provincial (ou régional) comme facteur d'ajustement du prix de vente de l'électricité, mais le canal de transmission des coûts n'est pas clarifié. Par la suite, la Commission nationale du développement et de la réforme a publié des documents successifs en 2016 et 2019, stipulant que les coûts pertinents des centrales de pompage-turbinage ne sont pas inclus dans le revenu autorisé des entreprises du réseau électrique, et que les coûts des centrales de pompage-turbinage ne sont pas inclus dans les coûts de transport et de distribution, ce qui restreint encore davantage la voie de canalisation du coût du pompage-turbinage. En outre, l’échelle de développement du stockage par pompage au cours de la période du « 13e Plan quinquennal » a été bien inférieure aux prévisions en raison d’une compréhension insuffisante du positionnement fonctionnel du stockage par pompage à cette époque et d’un seul sujet d’investissement.
Face à ce dilemme, les Avis de la Commission nationale de développement et de réforme sur l'amélioration du mécanisme de tarification de l'énergie de pompage-turbinage (FGJG [2021] n° 633) ont été lancés en mai 2021. Cette politique a défini scientifiquement la politique de prix de l'électricité de pompage-turbinage. D'une part, en combinaison avec le fait objectif que l'attribut public de l'énergie de pompage-turbinage est fort et que le coût ne peut être récupéré par l'électricité, la méthode de tarification de la période d'exploitation a été utilisée pour vérifier le prix de capacité et le récupérer par le prix de transport et de distribution ; d'autre part, combiné au rythme de la réforme du marché de l'électricité, le marché spot du prix de l'électricité est exploré. L'introduction de cette politique a fortement stimulé la volonté d'investissement des acteurs sociaux, jetant des bases solides pour le développement rapide du pompage-turbinage. Selon les statistiques, la capacité des projets de pompage-turbinage mis en service, en construction et en promotion a atteint 130 millions de kilowatts. Si tous les projets en construction et en promotion sont mis en service avant 2030, ce chiffre dépassera les 120 millions de kilowatts prévus dans le Plan de développement à moyen et long terme du pompage-turbinage (2021-2035). Comparé au mode de production d'électricité traditionnel à partir d'énergies fossiles, le coût marginal de production d'électricité de nouvelles énergies comme l'éolien et l'électricité est quasiment nul, mais le coût de consommation du système correspondant est énorme et les mécanismes d'allocation et de transport font défaut. Dans ce contexte, pour les ressources à forts attributs publics comme le pompage-turbinage, un soutien et une orientation politiques sont nécessaires dès les premières phases de développement afin d'assurer le développement rapide du secteur. Dans un contexte où le développement du pompage-turbinage en Chine est relativement retardé et où la fenêtre de neutralisation du pic de carbone est relativement courte, l'introduction de la nouvelle politique tarifaire de l'électricité a joué un rôle important dans la promotion du développement du secteur du pompage-turbinage.
La transition de l'approvisionnement énergétique des énergies fossiles conventionnelles vers les énergies renouvelables intermittentes implique une évolution du coût principal de l'électricité, passant du coût des combustibles fossiles à celui des énergies renouvelables et à une régulation flexible de la construction des ressources. Compte tenu de la difficulté et de la longueur de cette transition, la mise en place d'un système de production d'électricité à base de charbon et d'un nouveau système électrique basé sur les énergies renouvelables en Chine devra s'étaler sur une longue période, ce qui exige de renforcer encore l'objectif climatique de pic d'émissions de carbone et de neutralisation carbone. Au début de la transition énergétique, la construction d'infrastructures, qui a grandement contribué à la promotion d'une transition vers une énergie propre, doit être guidée par les politiques publiques et le marché. Il faut réduire l'interférence et les orientations erronées de la recherche du profit sur la stratégie globale, et assurer la bonne orientation de la transition vers une énergie propre et bas carbone.
Avec le plein développement des énergies renouvelables et leur accession progressive au statut de principal fournisseur d'électricité, la construction du marché chinois de l'électricité s'améliore et mûrit constamment. Les ressources de régulation flexibles deviendront la principale demande du nouveau système électrique, et l'offre de stockage par pompage-turbinage et de nouvelles centrales de stockage d'énergie sera plus suffisante. À ce moment-là, la construction des énergies renouvelables et des ressources de régulation flexibles sera principalement déterminée par les forces du marché. Le mécanisme de prix du stockage par pompage-turbinage et des autres centrales principales reflétera véritablement l'équilibre entre l'offre et la demande du marché, témoignant ainsi d'une compétitivité optimale.
Comprendre correctement l’effet de réduction des émissions de carbone du stockage par pompage
Les centrales de pompage-turbinage présentent des avantages considérables en matière d'économies d'énergie et de réduction des émissions. Dans le système électrique traditionnel, le rôle du pompage-turbinage dans les économies d'énergie et la réduction des émissions se manifeste principalement sous deux aspects. Le premier est de remplacer l'énergie thermique dans le système pour la régulation des pointes de charge : produire de l'électricité en pointe, réduire le nombre de démarrages et d'arrêts des unités thermiques pour la régulation des pointes de charge, et pomper de l'eau à faible charge, afin de réduire la plage de pression des unités thermiques, contribuant ainsi aux économies d'énergie et à la réduction des émissions. Le second est de garantir la sécurité et la stabilité, notamment grâce à la modulation de fréquence, à la modulation de phase, à la réserve rotative et à la réserve de secours, et d'augmenter le taux de charge de toutes les unités thermiques du système lors du remplacement des unités thermiques pour la réserve de secours, afin de réduire la consommation de charbon des unités thermiques et de contribuer aux économies d'énergie et à la réduction des émissions.
Avec la construction d'un nouveau système électrique, le pompage-turbinage présente de nouvelles caractéristiques en termes d'économie d'énergie et de réduction des émissions. D'une part, il jouera un rôle accru dans l'écrêtement des pointes de consommation, favorisant ainsi la consommation d'énergie éolienne à grande échelle et d'autres nouvelles énergies connectées au réseau, ce qui entraînera d'importants bénéfices en termes de réduction des émissions pour le système dans son ensemble. D'autre part, il jouera un rôle de soutien sûr et stable, notamment grâce à la modulation de fréquence, à la modulation de phase et à la mise en veille rotative, pour aider le système à surmonter les problèmes tels que l'instabilité de la production d'énergie nouvelle et l'absence d'inertie due à la forte proportion d'équipements électroniques de puissance. Il améliorera également la pénétration de l'énergie nouvelle dans le système électrique et réduira ainsi les émissions liées à la consommation d'énergie fossile. Les facteurs influençant la demande de régulation du système électrique comprennent les caractéristiques de charge, la proportion de nouveaux raccordements au réseau et le transport d'électricité externe régional. Avec la construction d'un nouveau système électrique, l'impact du nouveau raccordement au réseau sur la demande de régulation du système électrique dépassera progressivement les caractéristiques de charge, et le rôle du pompage-turbinage dans la réduction des émissions de carbone dans ce processus sera plus important.
La Chine dispose de peu de temps et d'une lourde tâche pour atteindre le pic d'émissions de carbone et la neutralisation carbone. La Commission nationale du développement et de la réforme a publié le Plan d'amélioration du double contrôle de l'intensité et du volume total de la consommation énergétique (FGHZ [2021] n° 1310) afin d'attribuer des indicateurs de contrôle des émissions à toutes les régions du pays pour une maîtrise raisonnable de la consommation énergétique. Par conséquent, les facteurs susceptibles de contribuer à la réduction des émissions doivent être correctement évalués et faire l'objet d'une attention particulière. Cependant, à l'heure actuelle, les avantages du pompage-turbinage en matière de réduction des émissions de carbone ne sont pas encore pleinement reconnus. Premièrement, les unités concernées manquent de base institutionnelle telle que la méthodologie du carbone dans la gestion de l'énergie du stockage par pompage, et deuxièmement, les principes fonctionnels du stockage par pompage dans d'autres domaines de la société en dehors de l'industrie électrique ne sont toujours pas bien compris, ce qui conduit à la comptabilisation actuelle des émissions de carbone de certains pilotes d'échange de droits d'émission de carbone pour les centrales électriques à stockage par pompage conformément aux lignes directrices pour la comptabilisation et la déclaration des émissions de dioxyde de carbone des entreprises (unités), et en prenant toute l'électricité pompée comme base de calcul des émissions. La centrale électrique à stockage par pompage est devenue une « unité de rejet clé », ce qui entraîne de nombreux inconvénients pour le fonctionnement normal de la centrale électrique à stockage par pompage, et provoque également une grande incompréhension au sein du public.
À long terme, pour bien comprendre l'effet de réduction des émissions de carbone du pompage-turbinage et optimiser son mécanisme de gestion de la consommation énergétique, il est nécessaire d'établir une méthodologie applicable, combinant les bénéfices globaux de réduction des émissions de carbone du pompage-turbinage sur le système électrique, de quantifier ces bénéfices et de constituer une compensation interne pour l'insuffisance des quotas, utilisable pour les transactions sur le marché externe du carbone. Cependant, en raison du lancement incertain du CCER et de la limitation à 5 % de la compensation des émissions, des incertitudes subsistent quant au développement de la méthodologie. Compte tenu de la situation actuelle, il est recommandé de considérer explicitement le rendement global de conversion comme principal indicateur de contrôle de la consommation totale d'énergie et des objectifs d'économie d'énergie des centrales de pompage-turbinage au niveau national, afin de réduire les contraintes pesant sur le développement sain du pompage-turbinage à l'avenir.
Date de publication : 29 novembre 2022
