L'Amministrazione meteorologica cinese ha affermato che, a causa dell'incertezza del sistema climatico esacerbata dal riscaldamento globale, gli eventi di temperature estremamente elevate e precipitazioni estremamente intense in Cina stanno diventando più frequenti e di maggiore intensità.
Dalla Rivoluzione Industriale, i gas serra prodotti dalle attività umane hanno causato temperature globali anormalmente elevate, innalzamento del livello del mare e fenomeni meteorologici estremi come temporali, inondazioni e siccità, che si sono verificati in diverse regioni con maggiore intensità e frequenza.
L'Organizzazione Mondiale della Sanità ha sottolineato che l'aumento delle temperature globali e l'eccessivo consumo di combustibili fossili rappresentano una delle maggiori minacce per la salute umana. Oltre al rischio di colpi di calore, infarti e malattie cardiovascolari, i cambiamenti climatici potrebbero aggravare la situazione di oltre il 50% dei patogeni umani conosciuti.
Il cambiamento climatico rappresenta una delle principali sfide che l'umanità si trova ad affrontare nell'era contemporanea. In quanto grande emettitore di gas serra, la Cina ha annunciato l'obiettivo di "picco di carbonio e neutralità carbonica" nel 2020, assumendosi un solenne impegno nei confronti della comunità internazionale, dimostrando la responsabilità e la dedizione di un grande Paese e sottolineando l'urgente necessità di promuovere la trasformazione e l'ammodernamento della struttura economica, nonché la coesistenza armoniosa tra uomo e natura.
Sfide legate alla turbolenza del sistema energetico
Il settore energetico è un campo di battaglia attentamente monitorato per l'implementazione della "doppia emissione di carbonio".
Per ogni grado Celsius di aumento della temperatura media globale, il carbone contribuisce per oltre 0,3 gradi Celsius. Per promuovere ulteriormente la rivoluzione energetica, è necessario controllare il consumo di energia fossile e accelerare la costruzione di un nuovo sistema energetico. Nel biennio 2022-2023, la Cina ha emanato oltre 120 politiche sul "doppio carbonio", sottolineando in particolare il sostegno fondamentale allo sviluppo e all'utilizzo delle energie rinnovabili.
Grazie a politiche di forte incentivazione, la Cina è diventata il paese leader a livello mondiale nell'utilizzo di energie rinnovabili. Secondo i dati dell'Amministrazione Nazionale per l'Energia, nella prima metà del 2024 la nuova capacità installata di generazione di energia da fonti rinnovabili nel paese ha raggiunto i 134 milioni di kilowatt, pari all'88% della nuova capacità installata; la produzione di energia da fonti rinnovabili è stata di 1.560 miliardi di kilowattora, pari a circa il 35% della produzione totale di energia elettrica.
L'integrazione di una maggiore quantità di energia eolica e fotovoltaica nella rete elettrica porta elettricità pulita e verde alla produzione e alla vita delle persone, ma mette anche in discussione il modello operativo tradizionale della rete elettrica.
La modalità tradizionale di fornitura di energia elettrica tramite rete è istantanea e programmata. Quando si attiva la corrente, significa che qualcuno ha calcolato in anticipo il fabbisogno energetico e sta producendo elettricità da qualche parte. La curva di produzione della centrale elettrica e la curva di trasmissione del canale di distribuzione vengono pianificate in anticipo sulla base di dati storici. Anche in caso di improvviso aumento della domanda di elettricità, questa può essere soddisfatta tempestivamente attivando le centrali termoelettriche di riserva, garantendo così un funzionamento sicuro e stabile del sistema di rete.
Tuttavia, con l'introduzione di un gran numero di impianti eolici e fotovoltaici, la quantità e i tempi di produzione di energia elettrica dipendono interamente dalle condizioni meteorologiche, rendendo difficile la pianificazione. Quando le condizioni meteorologiche sono favorevoli, gli impianti di nuova generazione funzionano a pieno regime e producono una grande quantità di energia verde, ma se la domanda non aumenta, questa energia non può essere immessa nella rete; al contrario, quando la domanda di energia è elevata, può capitare che piova e il cielo sia nuvoloso, le turbine eoliche non girano, i pannelli fotovoltaici non si riscaldano e si verificano interruzioni di corrente.
In passato, l'abbandono dell'energia eolica e solare nel Gansu, nello Xinjiang e in altre province ricche di energie rinnovabili era legato alla carenza stagionale di elettricità nella regione e all'incapacità della rete elettrica di assorbirla tempestivamente. L'imprevedibilità delle energie pulite pone sfide alla gestione della rete elettrica e aumenta i rischi operativi del sistema energetico. Oggi, in un'epoca in cui la popolazione dipende fortemente da una fornitura di energia stabile per la produzione e la vita quotidiana, qualsiasi squilibrio tra produzione e consumo di energia può avere gravi ripercussioni economiche e sociali.
Esiste una certa differenza tra la capacità installata di energia rinnovabile e la produzione effettiva di energia elettrica, e la domanda di energia degli utenti e l'energia prodotta dalle centrali elettriche non riescono a raggiungere un equilibrio dinamico tra domanda e offerta. L'energia elettrica "nuova" deve essere utilizzata tempestivamente o immagazzinata, condizione necessaria per il funzionamento stabile di una rete elettrica ben organizzata. Per raggiungere questo obiettivo, oltre a costruire un modello di previsione accurato per l'energia pulita attraverso un'analisi precisa dei dati meteorologici e storici di produzione di energia, è necessario anche aumentare la flessibilità della gestione del sistema elettrico tramite strumenti come i sistemi di accumulo di energia e le centrali elettriche virtuali. Il Paese pone l'accento sull'"accelerazione della pianificazione e della costruzione di un nuovo sistema energetico", e l'accumulo di energia è una tecnologia indispensabile.
“Banca Verde” nel Nuovo Sistema Energetico
Nell'ambito della rivoluzione energetica, il ruolo delle centrali idroelettriche a pompaggio ha assunto un'importanza sempre maggiore. Questa tecnologia, nata alla fine del XIX secolo, fu originariamente concepita per regolare le risorse idriche stagionali dei fiumi al fine di generare elettricità. Si è sviluppata rapidamente e gradualmente consolidata nel contesto dell'accelerata industrializzazione e della costruzione di centrali nucleari.
Il suo principio è molto semplice. Due serbatoi vengono costruiti sulla montagna e ai suoi piedi. Quando arriva la notte o il fine settimana, la domanda di elettricità diminuisce e l'elettricità in eccesso, più economica, viene utilizzata per pompare acqua verso il serbatoio a monte; quando il consumo di elettricità raggiunge il picco, l'acqua viene rilasciata per generare elettricità, in modo che quest'ultima possa essere ridistribuita nel tempo e nello spazio.
La tecnologia di accumulo energetico a pompaggio, vecchia di un secolo, ha assunto un nuovo ruolo nel processo di "doppia economia del carbonio". Quando la capacità di generazione di energia fotovoltaica ed eolica è elevata e la domanda di elettricità da parte degli utenti è ridotta, l'energia in eccesso può essere immagazzinata. Quando la domanda di elettricità aumenta, l'energia viene rilasciata per aiutare la rete elettrica a raggiungere l'equilibrio tra domanda e offerta.
È flessibile e affidabile, con avvio e arresto rapidi. Occorrono meno di 4 minuti dall'avvio alla piena produzione di energia. In caso di incidente su larga scala nella rete elettrica, l'impianto di pompaggio idroelettrico può avviarsi rapidamente e ripristinare l'alimentazione. È considerato l'ultimo "fiammifero" per riaccendere la rete elettrica al buio.
Essendo una delle tecnologie di accumulo energetico più mature e diffuse, l'accumulo idroelettrico a pompaggio rappresenta attualmente la più grande "batteria" al mondo, con oltre l'86% della capacità installata globale. Rispetto alle nuove tecnologie di accumulo energetico, come l'accumulo elettrochimico e l'accumulo di idrogeno, l'accumulo idroelettrico a pompaggio offre i vantaggi di una tecnologia stabile, costi contenuti e grande capacità.
Una centrale idroelettrica a pompaggio ha una vita utile di progetto di 40 anni. Può funzionare da 5 a 7 ore al giorno e scaricare acqua in modo continuo. Utilizza l'acqua come "combustibile", ha bassi costi di esercizio e manutenzione e non risente delle fluttuazioni di prezzo delle materie prime come litio, sodio e vanadio. I suoi vantaggi economici e le sue capacità di servizio sono cruciali per ridurre il costo dell'elettricità verde e le emissioni di carbonio della rete elettrica.
Nel luglio 2024, nella provincia del Guangdong è stato ufficialmente pubblicato il primo piano provinciale del mio Paese per l'attuazione della partecipazione degli impianti idroelettrici a pompaggio al mercato dell'energia. Gli impianti idroelettrici a pompaggio scambieranno tutta l'energia elettrica sul mercato spot, secondo un nuovo modello di "quotazione della quantità e del prezzo", e "pomperanno acqua per immagazzinare elettricità" e "rilasceranno acqua per ottenere elettricità" in modo efficiente e flessibile, svolgendo un nuovo ruolo di "banca dell'energia verde" per lo stoccaggio e l'accesso a nuove fonti energetiche, aprendo così una nuova strada per ottenere vantaggi orientati al mercato.
"Formuleremo strategie di quotazione basate su criteri scientifici, parteciperemo attivamente al commercio di energia elettrica, miglioreremo l'efficienza complessiva degli impianti e ci impegneremo per ottenere incentivi e agevolazioni dalle tariffe elettriche, promuovendo al contempo l'aumento della quota di consumo di energia rinnovabile", ha dichiarato Wang Bei, vicedirettore generale del Dipartimento di pianificazione e finanziamento dell'accumulo di energia della Southern Power Grid.
Tecnologia matura, enorme capacità, flessibilità di stoccaggio e accesso, produzione di lunga durata, bassi costi durante l'intero ciclo di vita e meccanismi orientati al mercato in continuo miglioramento hanno reso l'idroelettrico a pompaggio la soluzione più economica e pratica nel processo di rivoluzione energetica, svolgendo un ruolo chiave nella promozione dell'uso efficace delle energie rinnovabili e nel garantire la sicurezza e la stabilità del sistema elettrico.
Grandi progetti controversi
Nel contesto della riorganizzazione della struttura energetica nazionale e del rapido sviluppo delle energie rinnovabili, le centrali idroelettriche a pompaggio hanno registrato un boom costruttivo. Nella prima metà del 2024, la capacità installata cumulativa di impianti idroelettrici a pompaggio in Cina ha raggiunto i 54,39 milioni di kilowatt, con un tasso di crescita degli investimenti aumentato di 30,4 punti percentuali rispetto allo stesso periodo dell'anno precedente. Nei prossimi dieci anni, il potenziale di investimento del nostro Paese per gli impianti idroelettrici a pompaggio si avvicinerà a mille miliardi di yuan.
Nell'agosto del 2024, il Comitato Centrale del PCC e il Consiglio di Stato hanno pubblicato le "Linee guida sull'accelerazione della trasformazione verde globale dello sviluppo economico e sociale". Entro il 2030, la capacità installata delle centrali idroelettriche a pompaggio supererà i 120 milioni di kilowatt.
Se da un lato si presentano delle opportunità, dall'altro si presenta anche il problema di investimenti eccessivi. La costruzione di centrali idroelettriche a pompaggio è un'operazione di ingegneria sistemica complessa e rigorosa, che coinvolge molteplici fasi come la regolamentazione, i lavori preparatori e le autorizzazioni. Nel pieno del boom degli investimenti, alcuni enti locali e proprietari spesso ignorano l'importanza scientifica della scelta del sito e della saturazione della capacità, perseguendo in modo eccessivo la velocità e la portata dello sviluppo del progetto, con conseguenti effetti negativi.
La scelta del sito per le centrali idroelettriche a pompaggio deve tenere conto delle condizioni geologiche, della posizione geografica (vicinanza al centro di carico, vicinanza alla base energetica), della linea rossa ecologica, del dislivello, dell'acquisizione dei terreni e dell'immigrazione, nonché di altri fattori. Una pianificazione e una disposizione irragionevoli possono comportare la costruzione di centrali elettriche non adatte alle reali esigenze della rete elettrica o addirittura inutilizzabili. Non solo i costi di costruzione e di esercizio saranno difficili da sostenere per un certo periodo, ma si presenteranno anche problemi come l'invasione della linea rossa ecologica durante la costruzione; inoltre, una volta completate, se i livelli tecnici, operativi e di manutenzione non saranno conformi agli standard, si creeranno rischi per la sicurezza.
"Esistono ancora casi in cui la scelta del sito per alcuni progetti risulta irragionevole", ha affermato Lei Xingchun, vicedirettore generale del dipartimento infrastrutture della Southern Grid Energy Storage Company. "L'essenza di una centrale idroelettrica a pompaggio è quella di soddisfare le esigenze della rete elettrica e garantire l'immissione di nuova energia nella rete. La scelta del sito e la capacità della centrale idroelettrica a pompaggio devono essere determinate in base alle caratteristiche della distribuzione dell'energia, alle caratteristiche operative della rete elettrica, alla distribuzione del carico e alla struttura della rete stessa."
“Il progetto è di vasta portata e richiede un notevole investimento iniziale. È ancora più necessario rafforzare la comunicazione e il coordinamento con i dipartimenti che si occupano di risorse naturali, ambiente ecologico, silvicoltura, pascoli, gestione delle risorse idriche e altri, e svolgere un buon lavoro in relazione alla linea rossa di protezione ecologica e ai relativi piani”, ha aggiunto Jiang Shuwen, responsabile del dipartimento di pianificazione della Southern Grid Energy Storage Company.
L'investimento di decine di miliardi, se non addirittura di migliaia, l'estensione della superficie occupata dai bacini idrici, pari a centinaia di ettari, e i tempi di costruzione che vanno dai 5 ai 7 anni, sono tra i motivi per cui molti criticano l'idroelettrico a pompaggio, ritenendolo non "economico ed ecologico" rispetto ad altri sistemi di accumulo energetico.
In realtà, rispetto ai tempi di scarica limitati e alla vita operativa di 10 anni dei sistemi di accumulo di energia chimica, la vita utile effettiva delle centrali idroelettriche a pompaggio può raggiungere i 50 anni o anche di più. Grazie all'elevata capacità di accumulo, alla frequenza di pompaggio illimitata e al costo inferiore per kilowattora, la sua efficienza economica rimane di gran lunga superiore a quella di altri sistemi di accumulo energetico.
Zheng Jing, ingegnere senior presso l'Istituto cinese per la pianificazione e la progettazione delle risorse idriche e dell'energia idroelettrica, ha condotto uno studio: "L'analisi dell'efficienza economica del progetto mostra che il costo livellato per kilowattora delle centrali idroelettriche a pompaggio è di 0,207 yuan/kWh. Il costo livellato per kilowattora dell'accumulo di energia elettrochimica è di 0,563 yuan/kWh, ovvero 2,7 volte superiore a quello delle centrali idroelettriche a pompaggio."
“Negli ultimi anni, l'accumulo di energia elettrochimica ha registrato una rapida crescita, ma presenta diversi rischi nascosti. È necessario estendere continuamente il ciclo di vita, ridurre i costi unitari, aumentare la scala delle centrali elettriche e configurare la funzione di regolazione di fase in un'ottica di sicurezza, in modo da renderla paragonabile alle centrali idroelettriche a pompaggio”, ha sottolineato Zheng Jing.
Costruisci una centrale elettrica, abbellisci il territorio
Secondo i dati del Southern Power Grid Energy Storage, nella prima metà del 2024 la produzione cumulativa di energia elettrica delle centrali idroelettriche a pompaggio nella regione meridionale ha raggiunto quasi 6 miliardi di kWh, equivalenti al fabbisogno di elettricità di 5,5 milioni di utenze residenziali per un semestre, con un incremento dell'1,3% su base annua; il numero di unità di generazione di energia avviate ha superato le 20.000 unità, con un incremento del 20,9% su base annua. In media, ogni unità di ciascuna centrale genera potenza di picco più di 3 volte al giorno, fornendo un contributo importante alla fornitura stabile di energia pulita alla rete elettrica.
Con l'obiettivo di aiutare la rete elettrica a migliorare la propria capacità di accumulo di energia per la gestione dei picchi di consumo e a fornire elettricità pulita per lo sviluppo sociale ed economico, Southern Power Grid Energy Storage si impegna nella costruzione di centrali elettriche esteticamente gradevoli e nella fornitura di prodotti ecologici e ambientali "verdi, aperti e condivisi" per la popolazione locale.
Ogni primavera, le montagne si riempiono di ciliegi in fiore. Ciclisti ed escursionisti si recano nel distretto di Yantian a Shenzhen per ammirare questo spettacolo. Il lago e le montagne si riflettono l'uno nell'altro, passeggiando in un mare di ciliegi in fiore, come in un paradiso terrestre. Questo è il bacino superiore della centrale idroelettrica di pompaggio di Shenzhen, la prima centrale idroelettrica di pompaggio costruita in centro città in tutto il paese, e il "parco di montagna e mare" di cui parlano i turisti.
La centrale idroelettrica di pompaggio di Shenzhen ha integrato concetti ecologici e sostenibili fin dalle prime fasi della sua progettazione. Le infrastrutture e le attrezzature per la tutela ambientale e la conservazione dell'acqua sono state progettate, costruite e messe in funzione contemporaneamente al progetto. Il progetto ha ricevuto riconoscimenti come "Progetto Nazionale di Qualità" e "Progetto Nazionale Dimostrativo per la Conservazione del Suolo e dell'Acqua". Dopo l'entrata in funzione della centrale, China Southern Power Grid Energy Storage ha riqualificato il paesaggio "deindustrializzato" dell'area del bacino superiore, portandolo agli standard di un parco ecologico, e ha collaborato con il governo del distretto di Yantian per piantare ciliegi in fiore intorno al bacino, creando così il biglietto da visita di Yantian, la "città delle montagne, del mare e dei fiori".
L'attenzione alla tutela ecologica non è un caso isolato della centrale idroelettrica di pompaggio di Shenzhen. China Southern Power Grid Energy Storage ha elaborato rigorosi sistemi di gestione e standard di valutazione per la costruzione ecocompatibile in tutte le fasi del progetto; ogni progetto integra l'ambiente naturale circostante, le caratteristiche culturali e i piani pertinenti del governo locale, stanziando fondi specifici per il ripristino e il miglioramento dell'ambiente ecologico nel bilancio per la protezione ambientale, al fine di garantire l'integrazione armoniosa del paesaggio industriale del progetto con l'ambiente ecologico circostante.
“Le centrali idroelettriche a pompaggio hanno requisiti relativamente elevati per la scelta del sito. Oltre a evitare di violare le linee rosse ecologiche, se nell'area di costruzione sono presenti piante rare protette o alberi secolari, è necessario comunicare in anticipo con il dipartimento forestale e adottare misure di protezione sotto la sua guida per attuare la tutela in loco o la protezione durante la migrazione”, ha affermato Jiang Shuwen.
Presso ogni centrale idroelettrica di pompaggio della Southern Power Grid Energy Storage, è presente un enorme schermo elettronico che visualizza dati in tempo reale come il contenuto di ioni negativi, la qualità dell'aria, i raggi ultravioletti, la temperatura, l'umidità, ecc. "Abbiamo richiesto questo tipo di monitoraggio affinché le parti interessate possano visualizzare chiaramente la qualità ambientale della centrale", ha affermato Jiang Shuwen. "Dopo la costruzione delle centrali idroelettriche di pompaggio di Yangjiang e Meizhou, gli aironi, noti come 'uccelli monitor ambientali', hanno iniziato a radunarsi in gruppo, rappresentando il riconoscimento più intuitivo della qualità ambientale, come la qualità dell'aria e dell'acqua dei bacini idrici, nell'area della centrale".
Dalla costruzione della prima centrale idroelettrica a pompaggio su larga scala in Cina, a Guangzhou, nel 1993, Southern Power Grid Energy Storage ha maturato una solida esperienza nell'implementazione di progetti ecocompatibili lungo tutto il loro ciclo di vita. Nel 2023, l'azienda ha pubblicato il documento "Metodi di gestione e indicatori di valutazione per la costruzione ecocompatibile di centrali idroelettriche a pompaggio", che chiarisce le responsabilità e gli standard di valutazione della costruzione ecocompatibile di tutte le unità coinvolte nel progetto durante la fase di costruzione. Il documento, con i suoi obiettivi e metodi di implementazione concreti, riveste grande importanza per guidare il settore verso la tutela ambientale.
Le centrali idroelettriche a pompaggio sono state costruite da zero e molte tecnologie e approcci gestionali non hanno precedenti. Si affidano a leader del settore come Southern Power Grid Energy Storage per guidare le filiere industriali a monte e a valle verso un continuo processo di innovazione, esplorazione e verifica, promuovendo un ammodernamento industriale graduale. La tutela ambientale è parte integrante dello sviluppo sostenibile del settore dell'idroelettrico a pompaggio. Essa non solo rappresenta la responsabilità dell'azienda, ma evidenzia anche il valore "verde" e il potenziale inestimabile di questo progetto di accumulo di energia verde.
L'orologio della neutralità carbonica sta suonando e lo sviluppo delle energie rinnovabili continua a raggiungere nuovi traguardi. Il ruolo delle centrali idroelettriche a pompaggio come "regolatori", "riserve di energia" e "stabilizzatori" nell'equilibrio del carico della rete elettrica sta diventando sempre più rilevante.
Data di pubblicazione: 05-feb-2025
