新しい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す。電力の安全性と安定性の調整、新エネルギーの割合の増加、そしてシステムの適正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化、風力や雨水などの再生可能エネルギーの秩序ある導入、電力網の協調と相互支援能力の構築、そして柔軟なリソースの合理的な配分といった関係性を適切に処理しなければなりません。新しい電力システムの構築経路を科学的に計画することは、炭素ピーク削減と炭素中立化の目標達成の基礎となるだけでなく、新しい電力システムにおける様々な主体の発展の境界と指針にもなります。
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、石炭火力発電の発電容量は50426億キロワット時となり、総発電容量83959億キロワット時の60.06%を占める。排出削減圧力は大きいため、供給の安全性を確保するためには容量を削減する必要がある。風力および太陽光発電の設備容量は6億3500万キロワットで、技術的に開発可能な総容量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。風力および太陽光発電の設備容量と発電容量には大きな改善の余地があり、電力網への普及を加速する必要がある。システムの柔軟性リソースが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に調整可能な電源の設備容量は、総設備容量のわずか6.1%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%に過ぎない。開発と建設を加速させる努力が必要である。さらに、デジタルシミュレーション技術を用いて供給側の新エネルギー出力を予測し、需要側管理の潜在能力を正確に制御・活用し、大型火力発電機の柔軟転換の割合を拡大し、広範囲にわたるリソース配分を最適化する電力系統の能力を向上させ、システム調整能力不足の問題に対処する必要がある。同時に、システム内のいくつかの主要機関は、エネルギー貯蔵の構成や電力系統への連系線の追加など、同様の機能を持つサービスを提供できる。これにより、局所的な電力の流れを改善でき、揚水発電所の構成により、一部の復水器を代替できる。この場合、各分野の協調的な発展、資源の最適な配分、そして経済的なコスト削減はすべて、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軸で調整する必要がある。
従来の「電源が負荷に追従する」電力システム時代において、中国の電力供給と電力網の計画にはいくつかの問題がありました。「電源、系統、負荷、蓄電」が一体となって発展する新しい電力システム時代においては、協調的な計画の重要性がさらに高まります。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ます。さらに重要なのは、計画策定の指針を強化し、自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。 「第14次五カ年計画」に入って以来、国は揚水発電の中長期開発計画（2021～2035年）、水素エネルギー産業の中長期開発計画（2021～2035年）、第14次五カ年計画再生可能エネルギー開発計画（FGNY [2021] No. 1445）などの文書を相次いで発行してきたが、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とって非常に重要な電力開発に関する「第14次五カ年計画」は公式には発表されていない。そこで、国の主管部門が、電力産業における他の計画の策定と段階的な調整を指導するための新しい電力システム構築の中長期計画を発行し、資源配分の最適化という目標を達成すべきであると提言する。
揚水発電と新エネルギー貯蔵の相乗的発展
2021年末までに、中国は572万9700キロワットの新規エネルギー貯蔵設備を稼働させた。内訳は、リチウムイオン電池が89.7%、鉛蓄電池が5.9%、圧縮空気蓄電池が3.2%、その他が1.2%となっている。揚水発電の設備容量は3639万キロワットで、新規エネルギー貯蔵設備の6倍以上である。新規エネルギー貯蔵設備と揚水発電は、いずれも新電力システムの重要な構成要素である。電力システムにおける両者の連携配置は、それぞれの利点を活かし、システムの調整能力をさらに向上させることができる。しかし、両者の機能や適用シナリオには明らかな違いがある。
新エネルギー貯蔵とは、揚水発電以外の新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。新エネルギー貯蔵発電所のほとんどは、建設期間が短く、立地選定が簡単で柔軟であるという利点がありますが、現在の経済性は理想的ではありません。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。主に分散型ピークシェービングの適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発電所側に接続され、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、媒体として空気を使用し、大容量、充放電回数が多く、耐用年数が長いという特徴があります。ただし、現在の効率は比較的低いです。圧縮空気エネルギー貯蔵は、揚水発電に最も類似したエネルギー貯蔵技術です。砂漠、ゴビ砂漠、その他の揚水発電の設置に適さない地域では、圧縮空気エネルギー貯蔵の設置により、大規模景観基地における新エネルギーの消費と効果的に連携することができ、大きな発展の可能性を秘めています。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のための重要なキャリアです。その大規模かつ長期間のエネルギー貯蔵特性は、地域や季節をまたいだ異質なエネルギーの最適な配分を促進することができます。水素エネルギーは、将来の国家エネルギーシステムの重要な一部であり、幅広い応用が期待されています。
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、経済性にも優れています。ピークカット容量需要やピークカット電力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主系統に接続されます。炭素ピークと炭素中和の要件、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て、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に、中国における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に直面するさまざまな困難や課題に対処するための重要な手段です。これは、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性と秩序を促進し、生産、運用、管理の効率を向上させるのに役立ち、揚水発電がリーン方向へ発展するための重要な保証となります。
同時に、揚水発電の多様な発展も徐々に評価されるようになっている。まず、揚水発電の中長期計画では、中小規模の揚水発電の発展を強化することが提案されている。中小規模の揚水発電は、豊富な立地資源、柔軟な配置、負荷中心への近接性、分散型新エネルギーとの緊密な統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となっている。次に、海水揚水発電の発展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には、それに応じた柔軟な調整資源が必要となる。2017年に発行された「海水揚水発電所資源調査結果公表に関する通知（GNXN [2017] 第68号）」によると、中国の海水揚水資源は主に東部沿岸5省と南部沿岸3省の沖合および島嶼地域に集中しており、良好な発展の見込みがある。最後に、設置容量と利用時間は、電力系統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、将来的に主要なエネルギー供給源となる傾向にあることから、大容量かつ長期のエネルギー貯蔵が不可欠となります。適格な発電所においては、貯蔵容量の増加と利用時間の延長を適切に検討し、単位容量コスト指数などの要因による制約を受けず、系統需要から切り離して考えるべきです。
したがって、中国の電力システムが柔軟な資源を深刻に不足し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込みがある。それぞれの技術的特性の違いを踏まえ、様々な導入シナリオを十分に考慮した上で、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制約条件を考慮し、最適な効果を得るために、容量と配置の両面で協調的な配置計画を実施すべきである。
電力価格メカニズムが揚水発電開発に及ぼす影響
揚水発電は、電力供給、送電網、電力利用者を含む電力システム全体に恩恵をもたらし、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る。経済的な観点から見ると、揚水発電によって提供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に公共サービスを提供するものである。
電力システム改革以前、国は揚水発電が主に電力系統に供給され、主に電力系統運営企業によって統一的またはリース方式で運営されることを明確にする政策を発表していた。当時、政府は系統内電力価格と売電価格を統一的に策定した。電力系統の主な収入は、購入価格と売電価格の差額から得られる。既存の政策は基本的に、揚水発電のコストは電力系統の購入価格と売電価格の差額から回収されるべきであると規定し、浚渫経路を統一していた。
送配電料金の改革後、国家発展改革委員会の「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」（FGJG [2014] No. 1763）では、揚水発電所に二部料金が適用され、適正コストプラス許容収入の原則に従って検証されたことが明確にされました。揚水発電所の容量電力料金と揚水損失は、地方省電力網（または地域電力網）の運営コストの統一会計に販売電力価格調整係数として含まれていますが、コスト転嫁の経路は明確化されていません。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発行し、揚水発電所の関連コストは電力網企業の許容収入に含まれず、揚水発電所のコストは送配電料金コストに含まれないことを規定し、揚水コストの転嫁経路をさらに遮断しました。さらに、「第13次五カ年計画」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不足と、投資対象が単一であったことが原因で、予想をはるかに下回った。
このジレンマに直面し、2021年5月に国家発展改革委員会による揚水発電の価格メカニズムのさらなる改善に関する意見（FGJG [2021] No. 633）が発表されました。この政策は、揚水発電の電力価格政策を科学的に定義しています。一方では、揚水発電の公共性が高く、電力を通じてコストを回収できないという客観的事実と合わせて、運転期間価格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しています。他方では、電力市場改革のペースに合わせて、電力価格のスポット市場を開拓しています。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のための確固たる基盤を築きました。統計によると、稼働中、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ています。建設中および推進中のすべてのプロジェクトが2030年までに稼働すれば、これは揚水発電の中長期開発計画（2021～2035年）の「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。従来の化石エネルギー発電方式と比較すると、風力発電などの新エネルギーの発電の限界費用はほぼゼロだが、対応するシステム消費コストは莫大で、配分と送電のメカニズムが欠けている。この場合、エネルギー転換の過程で、揚水発電のような公共性の高い資源については、産業の急速な発展を確保するために、開発の初期段階で政策支援と指導が必要となる。中国の揚水発電開発規模が比較的遅れており、炭素ピーク時の炭素中和期間が比較的短いという客観的な環境下で、新しい電力料金政策の導入は、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てきた。
エネルギー供給側が従来の化石エネルギーから断続的な再生可能エネルギーへと転換することで、電力価格の主たる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規制へと変化する。この転換は困難かつ長期にわたるため、中国の石炭火力発電システムと再生可能エネルギーを基盤とする新たな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、炭素ピーク削減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る。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促進に大きく貢献してきたインフラ建設は、政策主導かつ市場主導であるべきであり、資本利益追求による全体戦略への干渉や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性を確保する必要がある。
再生可能エネルギーが本格的に発展し、主要な電力供給源となるにつれ、中国の電力市場の構築も着実に進歩・成熟しています。新たな電力システムでは、柔軟な調整資源が主要な需要となり、揚水発電や新エネルギー貯蔵の供給はより十分になるでしょう。その時点で、再生可能エネルギーや柔軟な調整資源の構築は主に市場原理によって推進され、揚水発電をはじめとする主要事業者の価格メカニズムは、市場の需給関係を真に反映し、完全な競争力を発揮するようになるでしょう。
揚水発電による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、大幅な省エネルギーと排出削減効果をもたらします。従来の電力システムにおいて、揚水発電が省エネルギーと排出削減に果たす役割は、主に2つの側面で表されます。1つ目は、ピーク負荷調整のためにシステム内の火力発電を代替し、ピーク負荷時に発電を行い、ピーク負荷調整のための火力発電ユニットの起動・停止回数を減らし、低負荷時に揚水を行うことで、火力発電ユニットの圧力負荷範囲を縮小し、省エネルギーと排出削減の役割を果たすことです。2つ目は、周波数変調、位相変調、回転予備力、非常用予備力などの安全性と安定性のサポートの役割を果たし、非常用予備力のために火力発電ユニットを代替す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ることで、火力発電ユニットの石炭消費量を削減し、省エネルギーと排出削減の役割を果たすことです。
新しい電力システムの構築に伴い、揚水発電の省エネルギーおよび排出削減効果は、既存の基盤の上に新たな特徴を示します。一方では、ピークカットにおいてより大きな役割を果たし、大規模風力発電などの新エネルギーの系統連系消費を支援し、システム全体に大き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、回転待機などの安全かつ安定したサポートの役割を果たし、システムが新エネルギーの不安定な出力や、電力電子機器の割合が高いことによる慣性不足などの問題を克服するのに役立ち、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よる排出を削減します。電力系統調整需要に影響を与える要因には、負荷特性、新エネルギー系統連系の割合、地域外送電などがあります。新しい電力システムの構築に伴い、電力系統調整需要に対する新エネルギー系統連系の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の役割はより顕著になります。
中国は、炭素排出量のピークアウトとカーボンニュートラル達成という、短期間で重責を担う課題を抱えている。国家発展改革委員会は、エネルギー消費の合理的な管理のため、全国各地に排出抑制指標を割り当てる「エネルギー消費強度と総量の二重管理改善計画（FGHZ [2021] No. 1310）」を発布した。そのため、排出削減に貢献できる主体を正しく評価し、十分な注意を払う必要がある。しかし、現状では、揚水発電の炭素排出削減効果は正しく認識されていない。第一に、関連するユニットは、揚水発電のエネルギー管理における炭素計算方法などの制度的基盤を欠いており、第二に、電力業界以外の社会の他の分野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、企業（ユニット）の二酸化炭素排出量の計算と報告に関するガイドラインに従って、揚水発電所の炭素排出量取引パイロットの現在の炭素排出量計算が行われ、すべての揚水電力を排出量計算の基準としているため、揚水発電所が「主要な排出ユニット」となっており、揚水発電所の正常な運用に多くの不便をもたらし、一般の人々にも大きな誤解を招いています。
長期的には、揚水発電の炭素排出削減効果を正しく理解し、そのエネルギー消費管理メカニズムを整備するためには、電力系統における揚水発電の全体的な炭素排出削減効果と組み合わせた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、不足分を内部で相殺して外部の炭素市場取引に利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ることや、排出量相殺の5%制限があるため、方法論の開発にも不確実性がある。現状を踏まえ、将来的に揚水発電の健全な発展に対する制約を軽減するために、国家レベルでは、総合変換効率を揚水発電所の総エネルギー消費量と省エネルギー目標の主要な管理指標として明示的に採用することを推奨する。
投稿日時：2022年11月29日
