La costruzione di un nuovo sistema energetico è un progetto complesso e sistematico. Richiede di tenere conto, al contempo, del coordinamento della sicurezza e della stabilità energetica, della crescente quota di energie rinnovabili e di un costo ragionevole del sistema. È necessario gestire il rapporto tra la transizione ecologica delle centrali termoelettriche, l'integrazione ordinata delle energie rinnovabili come l'eolico e l'acqua piovana, la costruzione di una rete elettrica coordinata e di capacità di mutuo soccorso, e l'allocazione razionale delle risorse flessibili. La pianificazione scientifica del percorso di costruzione del nuovo sistema energetico è fondamentale per raggiungere l'obiettivo del picco di emissioni di carbonio e della neutralità carbonica, e rappresenta al contempo il limite e la guida per lo sviluppo dei vari attori coinvolti nel nuovo sistema.
Entro la fine del 2021, la capacità installata di energia da 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 di generazione di energia da carbone sarà di 5042,6 miliardi di kilowattora, pari al 60,06% della capacità di generazione totale di 8395,9 miliardi di kilowattora. La pressione per la 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 kilowattora, pari solo all'11,7% della capacità totale di generazione di energia. La capacità installata e la capacità di generazione di energia eolica e solare hanno un enorme margine di miglioramento e devono essere integrate più rapidamente nella rete elettrica. Si riscontra una grave carenza di risorse per la flessibilità del sistema. La capacità installata di fonti di energia flessibili e regolate, come gli impianti di pompaggio idroelettrico e le centrali a gas, rappresenta solo il 6,1% della capacità installata totale. In particolare, la capacità installata totale degli impianti di pompaggio idroelettrico è di 36,39 milioni di kilowatt, pari solo all'1,53% della capacità installata totale. Occorre accelerare lo sviluppo e la costruzione di tali impianti. Inoltre, è necessario utilizzare la tecnologia di simulazione digitale per prevedere la produzione di nuova energia sul lato dell'offerta, controllare con precisione e sfruttare il potenziale della gestione della domanda, ed espandere la quota di trasformazione flessibile dei grandi gruppi elettrogeni. Migliorare la capacità della rete elettrica di ottimizzare l'allocazione delle risorse su vasta scala per affrontare il problema dell'insufficiente capacità di regolazione del sistema. Allo stesso tempo, alcuni attori principali del sistema possono fornire servizi con funzioni simili, come la configurazione di sistemi di accumulo energetico e l'aggiunta di linee di interconnessione alla rete elettrica per migliorare il flusso di energia locale, e la configurazione di centrali di pompaggio idroelettrico per sostituire alcuni impianti di pompaggio. In questo caso, lo sviluppo coordinato di ciascuna disciplina, l'allocazione ottimale delle risorse e il risparmio sui costi economici dipendono tutti da una pianificazione scientifica e razionale e devono essere coordinati su una scala più ampia e temporale più lunga.
Nell'era tradizionale del sistema energetico cinese, in cui "la fonte segue il carico", la pianificazione dell'approvvigionamento e della rete elettrica ha presentato alcune problematiche. 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'idroelettrico a pompaggio, in quanto importante fonte di energia pulita e flessibile all'interno del sistema, svolge un ruolo fondamentale nel garantire la sicurezza della rete elettrica su larga scala, soddisfacendo il fabbisogno di energia pulita e ottimizzando il funzionamento del sistema. Ancora più importante, è necessario rafforzare le linee guida per la pianificazione e considerare appieno il legame tra il nostro sviluppo attuale e le esigenze costruttive del nuovo sistema energetico. Dall'entrata in vigore del "Quattordicesimo Piano Quinquennale", lo Stato ha pubblicato in successione documenti quali il Piano di sviluppo a medio e lungo termine per l'idroelettrico a pompaggio (2021-2035), il Piano di sviluppo a medio e lungo termine per l'industria dell'energia a idrogeno (2021-2035) e il Piano di sviluppo delle energie rinnovabili per il "Quattordicesimo Piano Quinquennale" (FGNY [2021] n. 1445), ma questi si limitano a tale settore. Il "Quattordicesimo Piano Quinquennale" per lo sviluppo del settore energetico, di grande importanza per la pianificazione e l'orientamento generale dell'industria, non è stato ancora pubblicato ufficialmente. Si suggerisce pertanto che il dipartimento nazionale competente pubblichi 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 degli altri piani del settore, per raggiungere l'obiettivo di ottimizzare l'allocazione delle risorse.
Sviluppo sinergico dell'idroelettrico a pompaggio e dei nuovi sistemi di accumulo energetico.
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% 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 di accumulo idroelettrico a pompaggio è di 36,39 milioni di kilowatt, oltre sei volte superiore a quella dei nuovi sistemi di accumulo. Sia i nuovi sistemi di accumulo di energia che l'accumulo idroelettrico a pompaggio sono componenti importanti del nuovo sistema energetico. La loro integrazione nel sistema può valorizzare i rispettivi vantaggi e migliorare ulteriormente la capacità di regolazione del sistema. Tuttavia, esistono differenze evidenti tra i due in termini di funzionalità e scenari applicativi.
Per "nuovi sistemi di accumulo energetico" si intendono le nuove tecnologie di accumulo energetico diverse dall'idrogetto, tra cui l'accumulo elettrochimico, a volano, ad aria compressa, a idrogeno (ammoniaca), ecc. La maggior parte delle centrali elettriche a accumulo di nuova generazione presenta i vantaggi di tempi di costruzione brevi e di una scelta del sito semplice e flessibile, ma l'attuale redditività non è ideale. Tra queste, l'accumulo elettrochimico ha generalmente una potenza compresa tra 10 e 100 MW, con una velocità di risposta di decine o centinaia di millisecondi, un'elevata densità energetica e una buona precisione di regolazione. È particolarmente adatto per scenari di applicazione distribuita di riduzione dei picchi di consumo, solitamente collegato alla rete di distribuzione a bassa tensione o al lato della centrale, ed è tecnicamente idoneo per ambienti di regolazione frequenti e rapidi, come la modulazione di frequenza primaria e secondaria. L'accumulo di energia ad aria compressa utilizza l'aria come fluido termovettore e presenta le caratteristiche di elevata capacità, numerosi cicli 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'idrogetto. Per le aree desertiche, del Gobi e altre zone in cui non è possibile installare impianti di pompaggio idroelettrico, l'installazione di sistemi di accumulo di energia ad aria compressa può efficacemente integrarsi con il consumo di nuove energie in grandi impianti di produzione, offrendo un notevole potenziale di sviluppo. L'energia a idrogeno rappresenta un vettore importante per l'utilizzo efficiente e su larga scala delle energie rinnovabili. Le sue caratteristiche di accumulo energetico su vasta scala e a lungo termine possono favorire un'allocazione ottimale dell'energia eterogenea tra regioni e stagioni. È una componente fondamentale del futuro sistema energetico nazionale e presenta ampie prospettive di applicazione.
Al contrario, le centrali idroelettriche a pompaggio presentano un'elevata maturità tecnica, grande capacità, lunga durata, alta affidabilità e buona economicità. Sono adatte a scenari con elevata domanda di capacità di riduzione dei picchi di consumo o di potenza di picco e sono collegate alla rete principale a un livello di tensione più elevato. Considerando i requisiti relativi al picco di emissioni di carbonio e alla neutralizzazione del carbonio, e il fatto che i precedenti progressi nello sviluppo siano relativamente arretrati, al fine di accelerare lo sviluppo dell'idroelettrico a pompaggio e soddisfare i requisiti di rapido aumento della capacità installata, il ritmo della costruzione standardizzata delle centrali idroelettriche a pompaggio in Cina è stato ulteriormente accelerato. La costruzione standardizzata è una misura importante per affrontare le varie difficoltà e sfide che si presentano quando una centrale idroelettrica a pompaggio entra nel periodo di picco di sviluppo, costruzione e produzione. Contribuisce ad accelerare i progressi nella produzione delle apparecchiature e a migliorare la qualità, promuove la sicurezza e l'ordine nella costruzione delle infrastrutture, migliora l'efficienza della produzione, dell'esercizio e della gestione, ed è una garanzia importante per lo sviluppo dell'idroelettrico a pompaggio verso una direzione snella.
Allo stesso tempo, si sta gradualmente valorizzando anche lo sviluppo diversificato dell'idroelettrico a pompaggio. In primo luogo, il piano a medio e lungo termine per l'idroelettrico a pompaggio propone di rafforzare lo sviluppo degli impianti di piccole e medie dimensioni. Questi impianti presentano i vantaggi di un'ampia disponibilità di siti, una configurazione flessibile, la vicinanza al centro di carico e una stretta integrazione con le energie rinnovabili distribuite, il che rappresenta un importante complemento allo sviluppo dell'idroelettrico a pompaggio. In secondo luogo, si intende esplorare lo sviluppo e l'applicazione dell'idroelettrico a pompaggio di acqua di mare. Il consumo di energia eolica offshore su larga scala, connessa alla rete, deve essere configurato con risorse di regolazione flessibili adeguate. Secondo l'Avviso sulla pubblicazione dei risultati del censimento delle risorse degli impianti idroelettrici a pompaggio di acqua di mare (GNXN [2017] n. 68) pubblicato nel 2017, le risorse di idroelettrico a pompaggio di acqua di mare in Cina sono principalmente concentrate nelle aree offshore e insulari delle cinque province costiere orientali e delle tre province costiere meridionali, e presentano buone prospettive di sviluppo. Infine, la capacità installata e le ore di utilizzo vengono considerate nel loro complesso, in combinazione con la domanda di regolazione della rete elettrica. Con la crescente quota di energie rinnovabili e la tendenza a diventare la principale fonte di approvvigionamento energetico in futuro, la capacità di stoccaggio di energia elevata e a lungo termine diventerà imprescindibile. Nei siti idonei per le centrali, si dovrà valutare attentamente la possibilità di aumentare la capacità di stoccaggio e di estendere le ore di utilizzo, senza essere vincolati da fattori quali l'indice del costo unitario della capacità e senza dipendere dalla domanda del sistema.
Pertanto, nell'attuale situazione in cui il sistema energetico cinese soffre di una grave carenza di risorse flessibili, l'accumulo idroelettrico a pompaggio e i sistemi di accumulo di energia rinnovabile presentano ampie prospettive di sviluppo. In base alle differenze nelle loro caratteristiche tecniche, tenendo pienamente conto dei diversi scenari di accesso, combinati con le effettive esigenze del sistema energetico regionale e vincolati da fattori quali sicurezza, stabilità, consumo di energia pulita e altre condizioni limite, è opportuno realizzare una configurazione collaborativa in termini di capacità e disposizione per ottenere l'effetto ottimale.
Influenza del meccanismo di determinazione del prezzo dell'energia elettrica sullo sviluppo degli impianti di pompaggio idroelettrico.
Gli impianti di pompaggio idroelettrico servono l'intero sistema energetico, compresi l'approvvigionamento 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 dagli impianti di pompaggio idroelettrico sono beni pubblici del sistema energetico e forniscono servizi pubblici per il suo efficiente funzionamento.
Prima della riforma del sistema elettrico, lo Stato aveva emanato delle direttive per chiarire che gli impianti di pompaggio idroelettrico servivano principalmente la rete elettrica ed erano gestiti principalmente dalle imprese di gestione della rete, in regime di gestione centralizzata o in locazione. A quel tempo, il governo aveva uniformato il prezzo dell'energia elettrica immessa in rete e il prezzo dell'energia elettrica venduta. Il principale introito della rete elettrica proveniva dalla differenza tra il prezzo di acquisto e quello di vendita. La politica attuale, in sostanza, stabiliva che i costi degli impianti di pompaggio idroelettrico dovessero essere recuperati dalla differenza tra il prezzo di acquisto e quello di vendita della rete elettrica, e uniformava il sistema di drenaggio.
A seguito della riforma del prezzo dell'energia elettrica per la trasmissione e la distribuzione, la Circolare della Commissione Nazionale per lo Sviluppo e la Riforma sulle Questioni relative al Miglioramento del Meccanismo di Formazione dei Prezzi degli Impianti di Pompaggio Idroelettrico (FGJG [2014] n. 1763) ha chiarito che il prezzo dell'energia elettrica a due componenti veniva applicato agli impianti di pompaggio idroelettrico, la cui determinazione avveniva secondo il principio del costo ragionevole più il ricavo consentito. Il costo dell'energia elettrica immessa in rete e le perdite di pompaggio degli impianti di pompaggio idroelettrico sono inclusi nella contabilità unificata dei costi operativi della rete elettrica provinciale (o regionale) come fattore di adeguamento del prezzo dell'energia elettrica venduta, ma il canale di trasmissione dei costi non è stato chiarito. Successivamente, la Commissione Nazionale per lo Sviluppo e la Riforma ha emesso documenti nel 2016 e nel 2019, stabilendo che i relativi costi degli impianti di pompaggio idroelettrico non sono inclusi nel ricavo consentito alle imprese di rete elettrica e non sono inclusi nei costi di trasmissione e distribuzione, il che ha ulteriormente ostacolato la canalizzazione dei costi degli impianti di pompaggio idroelettrico. Inoltre, lo sviluppo degli impianti di pompaggio idroelettrico durante il periodo del "Tredicesimo Piano Quinquennale" è stato di gran lunga inferiore alle aspettative, a causa di una comprensione insufficiente del posizionamento funzionale di tali impianti all'epoca e della focalizzazione su un unico obiettivo di investimento.
Di fronte a questo dilemma, nel maggio 2021 è stato pubblicato il documento "Opinioni della Commissione nazionale per lo sviluppo e la riforma sul miglioramento del meccanismo di determinazione dei prezzi dell'energia idroelettrica da pompaggio" (FGJG [2021] n. 633). Tale documento ha definito scientificamente la politica tariffaria dell'energia elettrica prodotta da impianti di pompaggio. Da un lato, in considerazione del forte valore pubblico dell'energia idroelettrica da pompaggio e dell'impossibilità di recuperare i costi attraverso la fornitura di energia elettrica, è stato utilizzato il metodo di tariffazione basato sul periodo operativo per verificare il prezzo della capacità e recuperarlo tramite i costi di trasmissione e distribuzione; dall'altro lato, in linea con il ritmo della riforma del mercato energetico, è stato esplorato il mercato spot dei prezzi dell'energia elettrica. L'introduzione di tale documento ha fortemente stimolato la propensione agli investimenti da parte dei soggetti interessati, ponendo solide basi per il rapido sviluppo dell'energia idroelettrica da pompaggio. Secondo le statistiche, la capacità degli impianti di pompaggio in funzione, in costruzione e in fase di sviluppo ha raggiunto i 130 milioni di kilowatt. Se tutti i progetti in costruzione e in fase di promozione entrassero in funzione entro il 2030, si supererebbe l'obiettivo di "120 milioni di kilowatt di produzione entro il 2030" previsto dal Piano di sviluppo a medio e lungo termine per l'idroelettrico a pompaggio (2021-2035). Rispetto alla tradizionale modalità di generazione di energia da combustibili fossili, il costo marginale della produzione di energia da fonti rinnovabili come l'eolico e il phon è quasi nullo, ma il corrispondente costo di consumo del sistema è enorme e manca un meccanismo di allocazione e trasmissione. In questo contesto, nel processo di transizione energetica, per le risorse con forti caratteristiche di interesse pubblico come l'idroelettrico a pompaggio, sono necessari sostegno e orientamento politico nelle prime fasi di sviluppo per garantire una rapida crescita del settore. Nel contesto oggettivo in cui lo sviluppo dell'idroelettrico a pompaggio in Cina è relativamente arretrato e il periodo di neutralità del picco di carbonio è relativamente breve, l'introduzione della nuova politica dei prezzi dell'elettricità ha svolto un ruolo importante nel promuovere lo sviluppo del settore.
La trasformazione del settore energetico, dal tradizionale approvvigionamento di energia fossile alle energie rinnovabili intermittenti, determina uno spostamento del costo principale dell'elettricità dal costo dei combustibili fossili al costo delle energie rinnovabili e una regolamentazione flessibile della costruzione delle risorse. Data la complessità e la natura a lungo termine di questa trasformazione, il processo di implementazione del sistema di produzione energetica cinese basato sul carbone e del nuovo sistema energetico basato sulle energie rinnovabili coesisteranno per lungo tempo, il che richiede un ulteriore rafforzamento degli obiettivi climatici relativi al picco di emissioni di carbonio e alla loro neutralità. All'inizio della transizione energetica, la costruzione di infrastrutture, che ha dato un grande contributo alla promozione della transizione verso l'energia pulita, dovrebbe essere guidata dalle politiche e dal mercato, riducendo le interferenze e le distorsioni derivanti dalla ricerca del profitto da parte del capitale sulla strategia complessiva e garantendo la corretta direzione della transizione energetica pulita e a basse emissioni di carbonio.
Con il pieno sviluppo delle energie rinnovabili e la loro progressiva affermazione come principale fonte di energia, anche la costruzione del mercato energetico cinese è in costante miglioramento e maturazione. Le risorse di regolazione flessibile diventeranno la principale esigenza del nuovo sistema energetico e l'offerta di impianti di pompaggio idroelettrico e di accumulo di energia rinnovabile sarà più adeguata. A quel punto, lo sviluppo delle energie rinnovabili e delle risorse di regolazione flessibile sarà guidato principalmente dalle forze di mercato, e il meccanismo dei prezzi degli impianti di pompaggio idroelettrico e di altri attori principali rifletterà realmente il rapporto tra domanda e offerta di mercato, rispecchiando la piena competitività.
Comprendere correttamente l'effetto di riduzione delle emissioni di carbonio degli impianti di pompaggio idroelettrico.
Le centrali idroelettriche a pompaggio offrono significativi vantaggi in termini di risparmio energetico e riduzione delle emissioni. Nel sistema elettrico tradizionale, il ruolo del pompaggio idroelettrico nel risparmio energetico e nella riduzione delle emissioni si manifesta principalmente in due aspetti. Il primo consiste nel sostituire le centrali termoelettriche per la regolazione dei picchi di carico, generando energia durante i picchi, riducendo il numero di avviamenti e arresti delle centrali termoelettriche per la regolazione dei picchi e pompando acqua a basso carico, in modo da ridurre l'intervallo di pressione e carico delle centrali termoelettriche, contribuendo così al risparmio energetico e alla riduzione delle emissioni. Il secondo aspetto consiste nel fornire supporto alla sicurezza e alla stabilità, ad esempio attraverso la modulazione di frequenza, la modulazione di fase, la riserva rotante e la riserva di emergenza, e nell'aumentare il tasso di carico di tutte le centrali termoelettriche del sistema quando vengono sostituite dalle centrali termoelettriche per la riserva di emergenza, in modo da ridurre il consumo di carbone delle centrali termoelettriche e raggiungere l'obiettivo di risparmio energetico e riduzione delle emissioni.
Con la costruzione di un nuovo sistema elettrico, l'effetto di risparmio energetico e di riduzione delle emissioni dell'idroelettrico a pompaggio mostra nuove caratteristiche rispetto a quanto già esistente. Da un lato, svolgerà un ruolo più importante nella gestione dei picchi di consumo, supportando l'utilizzo su larga scala dell'energia eolica e di altre fonti rinnovabili connesse alla rete, con conseguenti enormi benefici in termini di riduzione delle emissioni per l'intero sistema; dall'altro, svolgerà un ruolo di supporto sicuro e stabile, ad esempio attraverso la modulazione di frequenza, la modulazione di fase e la riserva rotativa, aiutando il sistema a superare problemi quali l'instabilità della produzione di energia rinnovabile e la mancanza di inerzia causata dall'elevata percentuale di apparecchiature elettroniche di potenza, migliorando ulteriormente la penetrazione delle energie rinnovabili nel sistema elettrico e riducendo così le emissioni derivanti dal consumo di combustibili fossili. I fattori che influenzano la domanda di regolazione del sistema elettrico includono le caratteristiche del carico, la percentuale di energia rinnovabile connessa alla rete e la trasmissione di energia esterna a livello regionale. Con la costruzione di un nuovo sistema elettrico, l'impatto della connessione di energia rinnovabile alla rete sulla domanda di regolazione del sistema supererà gradualmente le caratteristiche del carico, e il ruolo dell'idroelettrico 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 da affrontare per raggiungere il picco di emissioni di carbonio e la neutralità carbonica. La Commissione nazionale per lo sviluppo e la riforma ha emanato il Piano per il miglioramento del duplice controllo dell'intensità e della quantità totale del consumo energetico (FGHZ [2021] n. 1310) per assegnare indicatori di controllo delle emissioni a tutte le regioni del paese al fine di controllare in modo razionale il consumo energetico. Pertanto, è necessario valutare correttamente e prestare la dovuta attenzione ai fattori che possono contribuire alla riduzione delle emissioni. Tuttavia, al momento, i benefici in termini di riduzione delle emissioni di carbonio derivanti dagli impianti di pompaggio idroelettrico non sono stati adeguatamente riconosciuti. In primo luogo, le unità competenti mancano di una base istituzionale, come ad esempio una metodologia per la gestione del carbonio nella gestione energetica degli impianti di pompaggio idroelettrico. In secondo luogo, i principi di funzionamento degli impianti di pompaggio idroelettrico in altri settori della società, al di fuori dell'industria energetica, non sono ancora ben compresi. Ciò ha portato all'attuale contabilizzazione delle emissioni di carbonio di alcuni progetti pilota di scambio di quote di emissioni per le centrali idroelettriche a pompaggio, secondo le linee guida per la contabilizzazione e la rendicontazione delle emissioni di anidride carbonica delle imprese (unità), prendendo come base di calcolo delle emissioni tutta l'elettricità pompata. Di conseguenza, la centrale idroelettrica a pompaggio è diventata un'“unità di scarico chiave”, il che comporta notevoli disagi per il normale funzionamento della centrale e genera molta confusione tra il pubblico.
A lungo termine, per comprendere correttamente l'effetto di riduzione delle emissioni di carbonio degli impianti idroelettrici a pompaggio e per ottimizzare il meccanismo di gestione del consumo energetico, è necessario definire una metodologia applicabile che tenga conto dei benefici complessivi di riduzione delle emissioni di carbonio degli impianti idroelettrici a pompaggio sul sistema elettrico, quantificare tali benefici e compensare internamente l'eventuale quota insufficiente, da utilizzare per le transazioni sul mercato esterno del carbonio. Tuttavia, a causa dell'incerto avvio del programma CCER e del limite del 5% sulla compensazione delle emissioni, permangono delle incertezze nello sviluppo della metodologia. Sulla base della situazione attuale, si raccomanda di considerare esplicitamente l'efficienza di conversione globale come principale indicatore di controllo del consumo energetico totale e degli obiettivi di risparmio energetico degli impianti idroelettrici a pompaggio a livello nazionale, al fine di ridurre gli ostacoli al sano sviluppo di tali impianti in futuro.
Data di pubblicazione: 29 novembre 2022
