新電力システムの構築は複雑かつ体系的なプロジェクトであり、電力の安全保障と安定性の調整、新エネルギーの比率増加、そしてシステムの合理的なコストを同時に考慮する必要があります。火力発電ユニットのクリーンな転換、風力や雨水などの再生可能エネルギーの秩序ある普及、電力網の協調と相互扶助能力の構築、そして柔軟な資源の合理的な配分といった関係性を扱う必要があります。新電力システムの建設経路を科学的に計画することは、カーボンピーキングとカーボンニュートラル化という目標を達成するための基礎であり、新電力システムにおける各主体の発展の境界と指針でもあります。
2021年末までに、中国の石炭火力発電の設備容量は11億キロワットを超え、総設備容量23億7800万キロワットの46.67％を占め、石炭火力の発電容量は50426億キロワット時で、総発電容量83959億キロワット時の60.06％を占める。排出削減の圧力は非常に大きく、供給の安全を確保するために容量を削減する必要があります。風力と太陽光発電の設備容量は6億3500万キロワットで、技術開発可能な総容量57億キロワットのわずか11.14％を占め、発電容量は9828億キロワット時で、総発電容量のわずか11.7％を占めるに過ぎません。風力と太陽光発電の設備容量と発電容量には大きな向上の余地があり、電力網への浸透を加速する必要があります。系統の柔軟性リソースは深刻に不足している。揚水発電やガス火力発電などの柔軟調整電源の設備容量は、総設備容量のわずか6.1%を占めるに過ぎない。特に揚水発電の総設備容量は3,639万キロワットで、総設備容量のわずか1.53%を占めるに過ぎない。開発・建設の加速に努める必要がある。さらに、デジタルシミュレーション技術を用いて、供給側における新エネルギーの出力予測、需要側管理の潜在力の精密制御・活用、大型火力発電機の柔軟転換比率の拡大を図る。系統の調整能力不足という問題に対処するため、電力系統の広範囲にわたるリソース配分の最適化能力を向上させる。同時に、系統内の一部の主体は、同様の機能を持つサービスを提供できる。例えば、電力系統にエネルギー貯蔵装置を設置し、連系線を追加することで、地域の電力潮流を改善したり、揚水発電所を設置することで一部の復水器を代替したりすることができる。この場合、各科目の協調的な発展、資源の最適な配分、経済的なコストの削減はすべて科学的かつ合理的な計画に依存しており、より広い範囲とより長い時間スケールで調整する必要があります。
「電源が負荷に従う」という伝統的な電力システムの時代において、中国の電力供給と電力網の計画にはいくつかの課題がありました。「電源、電力網、負荷、貯蔵」が共同で発展する新しい電力システムの時代において、共同計画の重要性はさらに高まります。揚水発電は、電力システムにおける重要なクリーンで柔軟な電源として、大規模電力網の安全性確保、クリーンエネルギー消費への貢献、システム運用の最適化において重要な役割を果たしています。さらに重要なのは、計画策定の指導を強化し、我が国の発展と新しい電力システムの構築ニーズとの関連性を十分に考慮することです。国は「第14次5カ年計画」に入って以来、「揚水発電中長期発展計画（2021～2035年）」、「水素エネルギー産業中長期発展計画（2021～2035年）」、「第14次5カ年計画再生可能エネルギー発展計画」（FGNY[2021]第1445号）などの文書を相次いで公布しているが、これらはこの産業に限定されており、電力産業全体の計画と指導に重要な意義を持つ電力発展の「第14次5カ年計画」はまだ正式に発表されていない。国の主管部門は、新電力システム建設の中長期計画を公布し、電力産業の他の計画の策定とローリング調整を指導し、資源配分の最適化の目標を達成することを提案する。
揚水発電と新エネルギー貯蔵の相乗開発
2021年末までに、中国は572万9700キロワットの新エネルギー貯蔵設備を稼働させました。そのうち、リチウムイオン電池は89.7%、鉛電池は5.9%、圧縮空気は3.2%、その他の形式は1.2%を占めています。揚水発電の設備容量は3639万キロワットで、新型エネルギー貯蔵設備の6倍以上です。新エネルギー貯蔵と揚水発電はどちらも新電力システムの重要な構成要素であり、電力システムにおける両者の連携により、それぞれの長所が発揮され、システムの調整能力がさらに向上します。しかし、両者の機能と応用シーンには明らかな違いがあります。
新エネルギー貯蔵とは、揚水発電以外の新しいエネルギー貯蔵技術を指し、電気化学エネルギー貯蔵、フライホイール、圧縮空気、水素（アンモニア）エネルギー貯蔵などが含まれます。多くの新エネルギー貯蔵発電所は、建設期間が短く、立地選定が簡単で柔軟であるなどの利点がありますが、現状では経済性が理想的とは言えません。その中でも、電気化学エネルギー貯蔵の規模は一般的に10～100MWで、応答速度は数十～数百ミリ秒、エネルギー密度が高く、調整精度が良好です。主に分散型ピークカットの応用シナリオに適しており、通常は低圧配電網または新エネルギーステーション側に接続され、一次周波数変調や二次周波数変調などの頻繁かつ迅速な調整環境に技術的に適しています。圧縮空気エネルギー貯蔵は空気を媒体とし、大容量、充放電回数が多く、長寿命などの特徴を備えています。ただし、電流効率は比較的低いです。圧縮空気エネルギー貯蔵は、揚水発電に最も近いエネルギー貯蔵技術です。砂漠、ゴビ砂漠、砂漠地帯など、揚水発電の設置に適さない地域においては、圧縮空気エネルギー貯蔵設備の設置が、大規模景観基地における新エネルギー消費と効果的に連携し、大きな発展のポテンシャルを秘めています。水素エネルギーは、再生可能エネルギーの大規模かつ効率的な利用における重要なキャリアです。その大規模かつ長期的なエネルギー貯蔵特性は、地域や季節を越えた異質なエネルギーの最適配分を促進します。将来の国家エネルギーシステムの重要な構成部分であり、幅広い応用展望を有しています。
一方、揚水発電所は、技術的成熟度が高く、容量が大きく、耐用年数が長く、信頼性が高く、経済性に優れています。ピークカット容量の需要やピークカット電力の需要が大きいシナリオに適しており、より高い電圧レベルで基幹ネットワークに接続されています。カーボンピークとカーボンニュートラルの要件、およびこれまでの開発進捗が比較的遅れているという事実を考慮し、揚水発電の開発進捗を加速し、設備容量の急速な増加の要件を満たすため、中国では揚水発電所の標準化建設のペースがさらに加速されています。標準化建設は、揚水発電所が開発、建設、生産のピーク期に入った後のさまざまな困難と課題に対処するための重要な措置であり、設備製造の進捗を加速し、品質を向上させ、インフラ建設の安全と秩序を促進し、生産、運営、管理の効率を高めるのに役立ちます。これは、揚水発電がリーンな方向へ発展するための重要な保証です。
同時に、揚水発電の多角的な発展も徐々に評価されるようになっている。まず、揚水発電中長期計画では、中小型揚水発電の発展を強化することを提案している。中小型揚水発電は、豊富な敷地資源、柔軟な配置、負荷センターへの近接性、分散型新エネルギーとの緊密な融合といった利点があり、揚水発電の発展にとって重要な補完要素となっている。二つ目は、海水揚水発電の開発と応用を模索することである。大規模洋上風力発電の系統連系消費は、それに応じた柔軟な調整資源で構成する必要がある。2017年に発表された「海水揚水発電所資源センサス結果公表に関する通知」（GNXN[2017]第68号）によると、中国の海水揚水発電資源は主に東部沿海5省と南部沿海3省の沖合および島嶼地域に集中しており、良好な発展の見通しを有している。最後に、設置容量と利用時間は、電力網の調整需要と合わせて総合的に考慮されます。新エネルギーの割合が増加し、将来的に新エネルギーが主要なエネルギー供給源となる傾向に伴い、大容量かつ長期的なエネルギー貯蔵がまさに必要になります。認定された発電所の敷地においては、貯蔵容量の増加と利用時間の延長を適切に考慮する必要があり、単位容量コスト指数などの要因による制約を受けず、システムの需要から切り離して考える必要があります。
したがって、中国の電力システムが深刻な柔軟資源不足に陥っている現状において、揚水発電と新エネルギー貯蔵は大きな発展の見通しを持っている。それぞれの技術的特徴の違いを踏まえ、異なるアクセスシナリオを十分に考慮し、地域電力システムの実際のニーズと組み合わせ、安全性、安定性、クリーンエネルギー消費などの境界条件の制約下で、容量と配置の協調配置を実施し、最適な効果を実現する必要がある。
揚水発電開発における電力価格メカニズムの影響
揚水発電は、電力供給、送電網、そして需要家を含む電力システム全体に貢献し、すべての関係者が非競争的かつ非排他的な形でその恩恵を受けます。経済的な観点から見ると、揚水発電によって供給される製品は電力システムの公共財であり、電力システムの効率的な運用のための公共サービスを提供します。
電力システム改革以前、国は政策を制定し、揚水発電は主に電力網への供給を目的としており、主に電力網運営企業によって一体運営またはリース方式で運営されることを明確にしていました。当時、政府は系統電力価格と売電価格を統一的に制定し、電力網の主な収入は売買価格差から得られていました。既存の政策は、揚水発電のコストは電力網の売買価格差から回収されるべきであると基本的に定義し、浚渫ルートを統一していました。
送配電料金改革後、「国家発展改革委員会による揚水発電所の価格形成メカニズムの改善に関する問題に関する通知」（発総審[2014]第1763号）において、揚水発電には二分法による電力料金が適用され、合理原価プラス許容収入の原則に基づいて検証されることが明確にされた。揚水発電所の容量電気料金と揚水損失は、販売電力価格の調整要素として、地方省電力網（または地域電力網）の運営費用の統一計算に組み込まれているが、費用の転嫁経路は整理されていない。その後、国家発展改革委員会は2016年と2019年に相次いで文書を公布し、揚水発電所の関連費用は電力網企業の許容収入に含まれず、揚水発電所の費用は送配電料金に含まれないと規定したため、揚水発電の費用転嫁経路はさらに遮断された。また、「第13次5カ年計画」期間中の揚水発電の開発規模は、当時の揚水発電の機能的位置づけに対する理解が不十分で、投資主体が単一であったために、予想を大きく下回る結果となった。
こうしたジレンマに直面し、2021年5月に「揚水発電の価格メカニズムの更なる改善に関する国家発展改革委員会の意見」（発改委[2021]第633号）が発表された。この政策は、揚水発電の電力価格政策を科学的に定義した。一方では、揚水発電の公共性が強く、コストを電力で回収できないという客観的事実と相まって、運転期間価格設定方式を用いて容量価格を検証し、送配電価格を通じて回収する。他方では、電力市場改革のスピードと相まって、電力価格のスポット市場を模索している。この政策の導入は、社会主体の投資意欲を強く刺激し、揚水発電の急速な発展に確固たる基盤を築いた。統計によると、稼働済み、建設中、推進中の揚水発電プロジェクトの容量は1億3000万キロワットに達した。建設中および推進中のプロジェクトが2030年までにすべて稼働すれば、「揚水発電中長期発展計画（2021～2035年）」における「2030年までに1億2000万キロワットを生産する」という予想を上回る。伝統的な化石エネルギー発電モードと比較すると、風力や電力などの新エネルギーの発電限界費用はほぼゼロであるが、それに対応するシステム消費費用は膨大で、割り当てと伝送のメカニズムが欠如している。このような状況で、エネルギー転換のプロセスにおいて、揚水発電のような公共性の強い資源については、産業の急速な発展を確保するために、発展の初期段階で政策支援と指導が必要である。中国の揚水発電の発展規模が相対的に遅れており、カーボンピークのカーボンニュートラルウィンドウ期間が相対的に短いという客観的な環境下で、新たな電力価格政策の導入は揚水発電産業の発展を促進する上で重要な役割を果たした。
エネルギー供給側が従来の化石エネルギーから間欠性再生可能エネルギーへと転換することで、電力価格の主なコストが化石燃料のコストから再生可能エネルギーのコストと資源建設の柔軟な調整へと変わります。転換の困難さと長期性のため、中国の石炭火力発電システムと再生可能エネルギーに基づく新しい電力システムの構築プロセスは長期間共存することになり、炭素ピーキングと炭素中立化という気候目標をさらに強化する必要があります。エネルギー転換の初期段階では、クリーンエネルギー転換の推進に大きく貢献してきたインフラ建設は、政策主導と市場主導で行うべきであり、資本の利潤追求による全体戦略への干渉と誤った誘導を減らし、クリーンで低炭素なエネルギー転換の正しい方向を確保する必要があります。
再生可能エネルギーが本格的に発展し、徐々に主要な電力供給源となるにつれて、中国の電力市場の構築も絶えず改善され、成熟しています。柔軟な調整力資源は新しい電力システムの主な需要となり、揚水発電と新エネルギー貯蔵の供給はより十分になるでしょう。その時、再生可能エネルギーと柔軟な調整力資源の構築は主に市場の力によって推進され、揚水発電などの主体の価格メカニズムは市場の需給関係を真に反映し、十分な競争力を反映するでしょう。
揚水発電の二酸化炭素排出削減効果を正しく理解する
揚水発電所は、省エネと排出削減のメリットが顕著です。従来の電力システムにおいて、揚水発電の省エネと排出削減の役割は主に2つの側面に表れています。1つ目は、システム内の火力をピーク負荷調整用に置き換え、ピーク負荷時に発電することで、ピーク負荷調整用の火力発電ユニットの起動・停止回数を減らし、低負荷時に揚水することで、火力発電ユニットの圧力負荷範囲を縮小し、省エネと排出削減の役割を果たします。2つ目は、周波数変調、位相変調、回転予備、緊急予備などの安全性と安定性のサポートの役割を果たします。また、火力発電ユニットを緊急予備用に置き換える際に、システム内のすべての火力発電ユニットの負荷率を高め、火力発電ユニットの石炭消費量を削減し、省エネと排出削減の役割を実現します。
新たな電力システムの構築に伴い、揚水発電の省エネ効果と排出削減効果は、既存の基盤の上に新たな特徴を呈しています。一方では、揚水発電はピークカットにおいてより大きな役割を果たし、大規模な風力発電などの新エネルギー系統接続による消費を支援し、システム全体に多大な排出削減効果をもたらします。他方では、周波数変調、位相変調、回転待機といった安全かつ安定したサポート役を果たすことで、新エネルギーの出力不安定性やパワーエレクトロニクス設備の高比率に起因する慣性不足などの問題を克服し、電力システムにおける新エネルギーの浸透率をさらに向上させ、化石エネルギー消費に伴う排出を削減します。電力システムの調整需要に影響を与える要因には、負荷特性、新エネルギー系統接続率、地域外部送電などが含まれます。新たな電力システムの構築に伴い、新エネルギー系統接続が電力システムの調整需要に与える影響は徐々に負荷特性を上回り、この過程における揚水発電の炭素排出削減役割はより重要になります。
中国は、カーボンピークとカーボンニュートラルの達成という、短期間で困難な課題に直面しています。国家発展改革委員会は、「エネルギー消費原単位と総量の二重管理の改善に関する計画」（発展改革委員会[2021]第1310号）を公布し、全国各地に排出抑制指標を付与することで、エネルギー消費を合理的に抑制することを定めました。したがって、排出削減に貢献できる主体は適切に評価され、十分な配慮がなされるべきです。しかしながら、現状では、揚水発電の二酸化炭素排出削減効果は十分に認識されていません。まず、関係部門は揚水発電のエネルギー管理において炭素方法論などの制度的根拠を欠いており、第二に、電力業界以外の社会の他の領域における揚水発電の機能原理がまだ十分に理解されていないため、現在、一部の揚水発電所の炭素排出量取引パイロット事業では、企業（単位）二酸化炭素排出量算定および報告ガイドラインに基づいて揚水発電プラントの炭素排出量を算定し、すべての揚水電力を排出量計算の基礎としています。そのため、揚水発電所は「重点排出ユニット」となり、揚水発電プラントの正常な運転に多大な不便をもたらし、大衆に大きな誤解をもたらしています。
長期的には、揚水発電の炭素排出削減効果を正しく把握し、そのエネルギー消費管理メカニズムを整えるためには、揚水発電が電力系統に与える総炭素排出削減効果と併せて適用可能な方法論を確立し、揚水発電の炭素排出削減効果を定量化し、不足分を内部でオフセットし、外部の炭素市場取引に活用できるようにする必要がある。しかし、CCERの開始時期が不明確であり、排出オフセットが5%に制限されているため、方法論の策定にも不確実性がある。現状の実情を踏まえ、今後の揚水発電の健全な発展に対する制約を軽減するために、総合変換効率を国レベルの揚水発電所の総エネルギー消費と省エネ目標の主な管理指標として明確に採用することを推奨する。
投稿日時: 2022年11月29日
