Costruire un nuovo sistema energetico è un progetto complesso e sistematico. Deve tenere conto, allo stesso tempo, del coordinamento della sicurezza e della stabilità energetica, della crescente quota di nuova energia e del costo ragionevole del sistema. Deve gestire il rapporto tra la trasformazione pulita delle centrali termoelettriche, la penetrazione ordinata delle energie rinnovabili come il vento e la pioggia, la creazione di capacità di coordinamento e mutuo soccorso della rete elettrica e l'allocazione razionale di risorse flessibili. La pianificazione scientifica del percorso di costruzione del nuovo sistema energetico è la base per raggiungere l'obiettivo del carbon peaking e della neutralizzazione delle emissioni di carbonio, e rappresenta anche il confine e la guida per lo sviluppo delle varie entità del nuovo sistema energetico.
Entro la fine del 2021, la capacità installata di energia a carbone in Cina supererà 1,1 miliardi di kilowatt, pari al 46,67% della capacità installata totale di 2,378 miliardi di kilowatt, e la capacità generata di energia a carbone sarà di 5.042,6 miliardi di kilowatt ora, pari al 60,06% della capacità generata totale di 8.395,9 miliardi di kilowatt ora. La pressione sulla riduzione delle emissioni è enorme, quindi è necessario ridurre la capacità per garantire la sicurezza dell'approvvigionamento. La capacità installata di energia eolica e solare è di 635 milioni di kilowatt, pari solo all'11,14% della capacità tecnologicamente sviluppabile totale di 5,7 miliardi di kilowatt, e la capacità di generazione di energia è di 982,8 miliardi di kilowatt ora, pari solo all'11,7% della capacità di generazione di energia totale. La capacità installata e la capacità di generazione di energia eolica e solare hanno ampi margini di miglioramento e devono accelerare la penetrazione nella rete elettrica. Vi è una grave carenza di risorse per la flessibilità del sistema. La capacità installata di fonti di energia flessibili regolate, come l'accumulo di pompaggio e la generazione di energia a gas, rappresenta solo il 6,1% della capacità installata totale. In particolare, la capacità installata totale dell'accumulo di pompaggio è di 36,39 milioni di kilowatt, pari solo all'1,53% della capacità installata totale. È necessario impegnarsi per accelerare lo sviluppo e la costruzione. Inoltre, la tecnologia di simulazione digitale dovrebbe essere utilizzata per prevedere la produzione di nuova energia dal lato dell'offerta, controllare con precisione e sfruttare il potenziale della gestione della domanda ed espandere la percentuale di trasformazione flessibile dei grandi gruppi elettrogeni antincendio. Migliorare la capacità della rete elettrica di ottimizzare l'allocazione delle risorse in un'ampia gamma per affrontare il problema dell'insufficiente capacità di regolazione del sistema. Allo stesso tempo, alcuni enti principali del sistema possono fornire servizi con funzioni simili, come la configurazione dell'accumulo di energia e l'aggiunta di linee di collegamento nella rete elettrica, che possono migliorare il flusso di energia locale, e la configurazione di centrali elettriche ad accumulo di pompaggio può sostituire alcuni condensatori. In questo caso, lo sviluppo coordinato di ogni materia, l'allocazione ottimale delle risorse e il risparmio sui costi economici dipendono tutti da una pianificazione scientifica e ragionevole e devono essere coordinati in un ambito più ampio e in una scala temporale più lunga.
Nell'era del sistema energetico tradizionale, basato sul principio "la sorgente segue il carico", la pianificazione dell'approvvigionamento energetico e della rete elettrica in Cina presenta alcune difficoltà. Nell'era del nuovo sistema energetico, caratterizzato dallo sviluppo congiunto di "fonte, rete, carico e accumulo", l'importanza della pianificazione collaborativa è ulteriormente amplificata. L'accumulo tramite pompaggio, in quanto importante fonte di energia pulita e flessibile nel sistema energetico, svolge un ruolo fondamentale nel garantire la sicurezza della grande rete elettrica, favorendo il consumo di energia pulita e ottimizzando il funzionamento del sistema. Ancora più importante, dovremmo rafforzare le linee guida per la pianificazione e considerare attentamente il collegamento tra il nostro sviluppo e le esigenze di costruzione del nuovo sistema energetico. Dall'entrata in vigore del "Quattordicesimo Piano Quinquennale", lo Stato ha successivamente emesso documenti quali il Piano di Sviluppo a Medio e Lungo Termine per l'Accumulo di Pompaggio (2021-2035), il Piano di Sviluppo a Medio e Lungo Termine per l'Industria dell'Idrogeno (2021-2035) e il Piano di Sviluppo delle Energie Rinnovabili per il "Quattordicesimo Piano Quinquennale" (FGNY [2021] n. 1445), ma sono limitati a questo settore. Il "Quattordicesimo Piano Quinquennale" per lo sviluppo energetico, di grande importanza per la pianificazione e la guida complessiva del settore energetico, non è stato ancora pubblicato ufficialmente. Si suggerisce che il dipartimento nazionale competente emetta un piano a medio e lungo termine per la costruzione di un nuovo sistema energetico, al fine di guidare la formulazione e l'adeguamento continuo di altri piani nel settore energetico, al fine di raggiungere l'obiettivo di ottimizzare l'allocazione delle risorse.
Sviluppo sinergico dell'accumulo di pompaggio e del nuovo accumulo di energia
Entro la fine del 2021, la Cina ha messo in funzione 5,7297 milioni di kilowatt di nuovi sistemi di accumulo di energia, di cui l'89,7% è costituito da batterie agli ioni di litio, il 5,9% da batterie al piombo, il 3,2% da aria compressa e l'1,2% da altre forme. La capacità installata dell'accumulo a pompaggio è di 36,39 milioni di kilowatt, oltre sei volte superiore a quella del nuovo tipo di accumulo di energia. Sia i nuovi sistemi di accumulo di energia che l'accumulo a pompaggio sono componenti importanti del nuovo sistema energetico. La disposizione congiunta nel sistema energetico può valorizzare i rispettivi vantaggi e migliorare ulteriormente la capacità di regolazione del sistema. Tuttavia, esistono evidenti differenze tra i due in termini di funzionamento e scenari applicativi.
Il termine "nuovo accumulo di energia" si riferisce a nuove tecnologie di accumulo energetico diverse dall'accumulo a pompaggio, tra cui l'accumulo elettrochimico, il volano, l'aria compressa, l'accumulo di idrogeno (ammoniaca), ecc. La maggior parte delle nuove centrali elettriche ad accumulo di energia presenta i vantaggi di tempi di costruzione brevi e di una selezione del sito semplice e flessibile, ma l'attuale contesto economico non è ideale. Tra queste, la scala di accumulo elettrochimico è generalmente di 10~100 MW, con una velocità di risposta da decine a centinaia di millisecondi, elevata densità energetica e buona precisione di regolazione. È principalmente adatto a scenari applicativi di peak shaving distribuiti, solitamente collegati alla rete di distribuzione a bassa tensione o lato nuova centrale energetica, e tecnicamente adatto ad ambienti con regolazioni frequenti e rapide, come la modulazione di frequenza primaria e la modulazione di frequenza secondaria. L'accumulo di energia ad aria compressa utilizza l'aria come mezzo, che presenta le caratteristiche di elevata capacità, numerose fasi di carica e scarica e lunga durata. Tuttavia, l'efficienza attuale è relativamente bassa. L'accumulo di energia ad aria compressa è la tecnologia di accumulo energetico più simile all'accumulo a pompaggio. Per aree desertiche, del Gobi, desertiche e altre in cui non è possibile installare sistemi di accumulo tramite pompaggio, l'accumulo di energia ad aria compressa può efficacemente integrare il consumo di nuova energia in scenari di grandi dimensioni, con un grande potenziale di sviluppo. L'idrogeno è un vettore importante per l'utilizzo efficiente e su larga scala delle energie rinnovabili. Le sue caratteristiche di accumulo energetico su larga scala e a lungo termine possono promuovere l'allocazione ottimale di energia eterogenea tra regioni e stagioni. Costituisce una parte importante del futuro sistema energetico nazionale e presenta ampie prospettive applicative.
Al contrario, le centrali elettriche ad accumulo di pompaggio presentano un'elevata maturità tecnica, un'elevata capacità, una lunga durata utile, un'elevata affidabilità e un buon risparmio economico. Sono adatte a scenari con un'elevata domanda di capacità di picco o di potenza di picco e sono collegate alla rete principale a un livello di tensione più elevato. Considerando i requisiti di picco di emissioni di carbonio e di neutralizzazione delle emissioni di carbonio e il fatto che i precedenti progressi nello sviluppo siano relativamente arretrati, al fine di accelerare lo sviluppo delle centrali elettriche ad accumulo di pompaggio e soddisfare i requisiti di un rapido aumento della capacità installata, il ritmo di costruzione standardizzata di centrali elettriche ad accumulo di pompaggio in Cina è stato ulteriormente accelerato. La costruzione standardizzata è una misura importante per affrontare diverse difficoltà e sfide dopo che le centrali elettriche ad accumulo di pompaggio entrano nel periodo di picco di sviluppo, costruzione e produzione. Contribuisce ad accelerare il progresso della produzione delle apparecchiature e a migliorarne la qualità, a promuovere la sicurezza e l'ordine nella costruzione delle infrastrutture, a migliorare l'efficienza di produzione, funzionamento e gestione, e rappresenta un'importante garanzia per lo sviluppo delle centrali elettriche ad accumulo di pompaggio verso una direzione snella.
Allo stesso tempo, anche lo sviluppo diversificato dell'accumulo di energia mediante pompaggio viene gradualmente valutato. Innanzitutto, il piano a medio e lungo termine per l'accumulo di energia mediante pompaggio propone di rafforzare lo sviluppo di impianti di pompaggio di piccole e medie dimensioni. Gli impianti di pompaggio di piccole e medie dimensioni offrono i vantaggi di una ricca disponibilità di risorse in loco, una configurazione flessibile, la vicinanza al centro di carico e una stretta integrazione con la nuova energia distribuita, che rappresenta un importante complemento allo sviluppo dell'accumulo di energia mediante pompaggio. In secondo luogo, è necessario esplorare lo sviluppo e l'applicazione dell'accumulo di energia mediante pompaggio di acqua di mare. Il consumo di energia eolica offshore su larga scala connesso alla rete deve essere configurato con risorse di adeguamento flessibili corrispondenti. Secondo l'Avviso sulla pubblicazione dei risultati del censimento delle risorse delle centrali elettriche ad accumulo di energia mediante pompaggio di acqua di mare (GNXN [2017] n. 68) pubblicato nel 2017, le risorse di accumulo di acqua di mare della Cina sono concentrate principalmente nelle aree offshore e insulari delle cinque province costiere orientali e delle tre province costiere meridionali, con buone prospettive di sviluppo. Infine, la capacità installata e le ore di utilizzo sono considerate nel loro complesso, in combinazione con la domanda di regolazione della rete elettrica. Con l'aumento della quota di nuova energia e la tendenza a diventare la principale fonte di approvvigionamento energetico in futuro, un'elevata capacità e un accumulo di energia a lungo termine diventeranno essenziali. Nel sito della stazione qualificata, si dovrà valutare attentamente l'aumento della capacità di accumulo e l'estensione delle ore di utilizzo, senza essere soggetti a restrizioni di fattori quali l'indice di costo unitario della capacità e senza essere svincolati dalla domanda del sistema.
Pertanto, nell'attuale situazione di grave carenza di risorse flessibili del sistema energetico cinese, l'accumulo di pompaggio e il nuovo accumulo di energia presentano ampie prospettive di sviluppo. Considerate le diverse caratteristiche tecniche, tenendo conto dei diversi scenari di accesso, delle effettive esigenze del sistema energetico regionale e dei vincoli imposti da sicurezza, stabilità, consumo di energia pulita e altre condizioni al contorno, è necessario adottare un layout collaborativo in termini di capacità e configurazione per ottenere l'effetto ottimale.
Influenza del meccanismo del prezzo dell'elettricità sullo sviluppo dell'accumulo di pompaggio
L'accumulo di pompaggio serve l'intero sistema elettrico, inclusi la fornitura di energia, la rete elettrica e gli utenti, e tutte le parti ne beneficiano in modo non competitivo e non esclusivo. Da un punto di vista economico, i prodotti forniti dall'accumulo di pompaggio sono prodotti pubblici del sistema elettrico e forniscono servizi pubblici per il suo funzionamento efficiente.
Prima della riforma del sistema elettrico, lo Stato aveva emanato politiche volte a chiarire che l'accumulo tramite pompaggio serviva principalmente la rete elettrica ed era gestito principalmente dalle imprese di gestione della rete elettrica in modo unitario o in leasing. A quel tempo, il governo aveva formulato in modo uniforme il prezzo dell'elettricità in rete e il prezzo dell'elettricità in vendita. Le principali entrate della rete elettrica provenivano dalla differenza tra i prezzi di acquisto e di vendita. La politica vigente stabiliva essenzialmente che il costo dell'accumulo tramite pompaggio dovesse essere recuperato dalla differenza tra i prezzi di acquisto e di vendita della rete elettrica e unificava il canale di dragaggio.
A seguito della riforma del prezzo dell'energia elettrica per la trasmissione e la distribuzione, la Comunicazione della Commissione Nazionale per lo Sviluppo e la Riforma sulle Questioni Relative al Miglioramento del Meccanismo di Formazione dei Prezzi delle Centrali Elettriche ad Accumulo (FGJG [2014] n. 1763) ha chiarito che all'energia elettrica ad accumulazione è stato applicato il prezzo dell'elettricità in due parti, verificato secondo il principio del costo ragionevole più il reddito ammissibile. Il costo dell'elettricità per la capacità e le perdite di pompaggio delle centrali elettriche ad accumulazione sono inclusi nella contabilità unificata dei costi di esercizio della rete elettrica provinciale locale (o regionale) come fattore di adeguamento del prezzo di vendita dell'energia elettrica, ma il canale di trasmissione dei costi non è stato chiarito. Successivamente, la Commissione Nazionale per lo Sviluppo e la Riforma ha pubblicato documenti successivi nel 2016 e nel 2019, stabilendo che i costi rilevanti delle centrali elettriche ad accumulazione non sono inclusi nel reddito ammissibile delle imprese di rete elettrica, e che i costi delle centrali elettriche ad accumulazione non sono inclusi nei costi di tariffazione per la trasmissione e la distribuzione, il che ha ulteriormente ostacolato la canalizzazione dei costi delle centrali elettriche ad accumulazione. Inoltre, la scala di sviluppo dell'accumulo di pompaggio durante il periodo del "13° piano quinquennale" è stata di gran lunga inferiore alle aspettative a causa di una comprensione insufficiente del posizionamento funzionale dell'accumulo di pompaggio in quel momento e del singolo oggetto di investimento.
Di fronte a questo dilemma, nel maggio 2021 è stato pubblicato il Parere della Commissione Nazionale per lo Sviluppo e la Riforma sull'ulteriore miglioramento del meccanismo di determinazione dei prezzi dell'energia da pompaggio (FGJG [2021] n. 633). Tale politica ha definito scientificamente la politica dei prezzi dell'elettricità per l'energia da pompaggio. Da un lato, in combinazione con il fatto oggettivo che l'energia da pompaggio ha un forte carattere pubblico e il cui costo non può essere recuperato attraverso l'elettricità, è stato utilizzato il metodo di determinazione dei prezzi per periodo operativo per verificare il prezzo della capacità e recuperarlo attraverso il prezzo di trasmissione e distribuzione; dall'altro, in combinazione con il ritmo della riforma del mercato elettrico, è stato esplorato il mercato spot dei prezzi dell'elettricità. L'introduzione di questa politica ha fortemente stimolato la propensione agli investimenti delle parti sociali, gettando solide basi per il rapido sviluppo dell'accumulo di pompaggio. Secondo le statistiche, la capacità dei progetti di accumulo di pompaggio avviati, in costruzione e in fase di promozione ha raggiunto i 130 milioni di kilowatt. Se tutti i progetti in costruzione e in fase di promozione saranno messi in funzione prima del 2030, questo numero sarà superiore alle aspettative di "120 milioni di kilowatt in produzione entro il 2030" contenute nel Piano di sviluppo a medio e lungo termine per l'accumulo di pompaggio (2021-2035). Rispetto al tradizionale modello di generazione di energia da fonti fossili, il costo marginale della produzione di energia da nuove fonti come l'eolico e l'elettricità è quasi nullo, ma il corrispondente costo di consumo del sistema è enorme e privo di meccanismi di allocazione e trasmissione. In questo caso, nel processo di trasformazione energetica, per risorse con forti attributi pubblici come l'accumulo di pompaggio, sono necessari supporto e guida politici nella fase iniziale di sviluppo per garantire un rapido sviluppo del settore. In un contesto oggettivo in cui la scala di sviluppo dell'accumulo di pompaggio in Cina è relativamente arretrata e il periodo di neutralizzazione delle emissioni di carbonio al picco è relativamente breve, l'introduzione di una nuova politica dei prezzi dell'elettricità ha svolto un ruolo importante nel promuovere lo sviluppo del settore dell'accumulo di pompaggio.
La trasformazione dell'approvvigionamento energetico dall'energia fossile convenzionale a quella rinnovabile intermittente determina che il costo principale dell'elettricità passi dal costo dei combustibili fossili a quello delle energie rinnovabili e a una regolamentazione flessibile della costruzione delle risorse. A causa della difficoltà e della natura a lungo termine della trasformazione, il processo di istituzione del sistema di produzione di energia a carbone in Cina e del nuovo sistema energetico basato sulle energie rinnovabili coesisteranno a lungo, il che richiede un ulteriore rafforzamento dell'obiettivo climatico di carbon peaking e neutralizzazione delle emissioni di carbonio. All'inizio della trasformazione energetica, la costruzione di infrastrutture che hanno contribuito notevolmente a promuovere la trasformazione in energia pulita dovrebbe essere guidata dalle politiche e dal mercato, riducendo l'interferenza e l'errata gestione della ricerca del profitto di capitale sulla strategia generale e garantendo la corretta direzione della trasformazione in energia pulita e a basse emissioni di carbonio.
Con il pieno sviluppo delle energie rinnovabili e la progressiva affermazione del principale fornitore di energia, anche la costruzione del mercato energetico cinese è in costante miglioramento e maturazione. Le risorse di regolazione flessibile diventeranno la domanda principale nel nuovo sistema energetico e l'offerta di sistemi di pompaggio e di nuovi sistemi di accumulo di energia sarà più sufficiente. In quel momento, la costruzione di energie rinnovabili e di risorse di regolazione flessibile sarà guidata principalmente dalle forze di mercato. Il meccanismo dei prezzi dei sistemi di pompaggio e di altri sistemi principali rifletterà fedelmente il rapporto tra domanda e offerta di mercato, a dimostrazione della piena competitività.
Comprendere correttamente l'effetto di riduzione delle emissioni di carbonio dell'accumulo di pompaggio
Le centrali termoelettriche ad accumulo offrono significativi vantaggi in termini di risparmio energetico e riduzione delle emissioni. Nel sistema elettrico tradizionale, il ruolo dell'accumulo ad accumulo nel risparmio energetico e nella riduzione delle emissioni si riflette principalmente in due aspetti. Il primo è la sostituzione dell'energia termica nel sistema per la regolazione del carico di picco, generando energia al picco di carico, riducendo il numero di avviamenti e arresti delle unità termoelettriche per la regolazione del carico di picco e pompando acqua a basso carico, in modo da ridurre l'intervallo di carico di pressione delle unità termoelettriche, contribuendo così al risparmio energetico e alla riduzione delle emissioni. Il secondo è il supporto alla sicurezza e alla stabilità, tramite modulazione di frequenza, modulazione di fase, riserva rotativa e riserva di emergenza, e l'aumento del carico di tutte le unità termoelettriche nel sistema in caso di sostituzione delle unità termoelettriche per la riserva di emergenza, in modo da ridurre il consumo di carbone delle unità termoelettriche e conseguire un risparmio energetico e una riduzione delle emissioni.
Con la costruzione di un nuovo sistema elettrico, l'effetto di risparmio energetico e riduzione delle emissioni dell'accumulo a pompaggio mostra nuove caratteristiche rispetto alla base esistente. Da un lato, svolgerà un ruolo più importante nel contenimento dei picchi di consumo per supportare l'energia eolica su larga scala e altre nuove fonti di energia connesse alla rete, il che porterà enormi benefici in termini di riduzione delle emissioni al sistema nel suo complesso; dall'altro, svolgerà un ruolo di supporto sicuro e stabile, come la modulazione di frequenza, la modulazione di fase e lo standby rotativo, aiutando il sistema a superare problemi come l'erogazione instabile di nuova energia e la mancanza di inerzia causata dall'elevata percentuale di apparecchiature elettroniche di potenza, migliorando ulteriormente la percentuale di penetrazione di nuova energia nel sistema elettrico, al fine di ridurre le emissioni causate dal consumo di energia fossile. I fattori che influenzano la domanda di regolazione del sistema elettrico includono le caratteristiche del carico, la percentuale di nuove connessioni alla rete energetica e la trasmissione di energia esterna regionale. Con la costruzione di un nuovo sistema elettrico, l'impatto delle nuove connessioni alla rete energetica sulla domanda di regolazione del sistema elettrico supererà gradualmente le caratteristiche del carico e il ruolo dell'accumulo a pompaggio nella riduzione delle emissioni di carbonio in questo processo diventerà più significativo.
La Cina ha poco tempo a disposizione e un compito arduo per raggiungere il picco di emissioni di carbonio e la neutralizzazione delle emissioni. La Commissione Nazionale per lo Sviluppo e le Riforme ha pubblicato il Piano per il Miglioramento del Doppio Controllo dell'Intensità e della Quantità Totale del Consumo Energetico (FGHZ [2021] n. 1310) per assegnare indicatori di controllo delle emissioni a tutte le aree del Paese al fine di controllare ragionevolmente i consumi energetici. Pertanto, è necessario valutare correttamente e prestare la dovuta attenzione ai fattori che possono contribuire alla riduzione delle emissioni. Tuttavia, attualmente, i benefici dell'accumulo mediante pompaggio in termini di riduzione delle emissioni di carbonio non sono stati adeguatamente riconosciuti. In primo luogo, le unità competenti non dispongono di una base istituzionale, come la metodologia del carbonio nella gestione energetica dell'accumulo di pompaggio, e in secondo luogo, i principi funzionali dell'accumulo di pompaggio in altri settori della società al di fuori del settore energetico non sono ancora ben compresi, il che porta all'attuale contabilizzazione delle emissioni di carbonio di alcuni progetti pilota di scambio di quote di emissioni di carbonio per centrali elettriche ad accumulo di pompaggio secondo le linee guida per la contabilizzazione e la rendicontazione delle emissioni di anidride carbonica delle imprese (unità), e prendendo tutta l'elettricità pompata come base di calcolo delle emissioni. La centrale elettrica ad accumulo di pompaggio è diventata un'"unità di scarico chiave", il che comporta molti inconvenienti al normale funzionamento della centrale elettrica ad accumulo di pompaggio e causa anche una grande incomprensione nel pubblico.
A lungo termine, per comprendere correttamente l'effetto di riduzione delle emissioni di carbonio dell'accumulo di pompaggio e consolidare il suo meccanismo di gestione del consumo energetico, è necessario stabilire una metodologia applicabile in combinazione con i benefici complessivi di riduzione delle emissioni di carbonio dell'accumulo di pompaggio sul sistema elettrico, quantificare i benefici di riduzione delle emissioni di carbonio dell'accumulo di pompaggio e creare una compensazione interna per la quota insufficiente, che possa essere utilizzata per le transazioni sul mercato esterno del carbonio. Tuttavia, a causa dell'avvio poco chiaro del CCER e del limite del 5% sulla compensazione delle emissioni, sussistono anche incertezze nello sviluppo della metodologia. Sulla base della situazione attuale, si raccomanda di considerare esplicitamente l'efficienza di conversione complessiva come principale indicatore di controllo del consumo energetico totale e degli obiettivi di risparmio energetico delle centrali elettriche ad accumulo di pompaggio a livello nazionale, in modo da ridurre i vincoli al sano sviluppo dell'accumulo di pompaggio in futuro.
Data di pubblicazione: 29 novembre 2022
