A construção de um novo sistema elétrico é um projeto complexo e sistemático. Ele precisa levar em conta, simultaneamente, a coordenação da segurança e estabilidade energética, o aumento da proporção de novas energias e o custo razoável do sistema. Ele precisa lidar com a relação entre a transformação limpa de unidades termelétricas, a penetração ordenada de energias renováveis, como eólica e pluvial, a construção da coordenação da rede elétrica e das capacidades de assistência mútua, e a alocação racional de recursos flexíveis. O planejamento científico do caminho de construção do novo sistema elétrico é a base para atingir o pico de carbono e a neutralização de carbono, e também é o limite e o guia para o desenvolvimento de várias entidades no novo sistema elétrico.
Até o final de 2021, a capacidade instalada de energia a carvão na China excederá 1,1 bilhão de quilowatts, representando 46,67% da capacidade instalada total de 2,378 bilhões de quilowatts, e a capacidade gerada de energia a carvão será de 5.042,6 bilhões de quilowatts-hora, representando 60,06% da capacidade total gerada de 8.395,9 bilhões de quilowatts-hora. A pressão sobre a redução de emissões é enorme, por isso é necessário reduzir a capacidade para garantir a segurança do fornecimento. A capacidade instalada de energia eólica e solar é de 635 milhões de quilowatts, representando apenas 11,14% da capacidade tecnológica total desenvolvível de 5,7 bilhões de quilowatts, e a capacidade de geração de energia é de 982,8 bilhões de quilowatts-hora, representando apenas 11,7% da capacidade total de geração de energia. A capacidade instalada e a capacidade de geração de energia eólica e solar têm enorme espaço para melhorias e precisam acelerar a penetração na rede elétrica. Há uma grave falta de recursos para flexibilidade do sistema. A capacidade instalada de fontes de energia reguladas e flexíveis, como armazenamento bombeado e geração de energia a gás, representa apenas 6,1% da capacidade instalada total. Em particular, a capacidade instalada total de armazenamento bombeado é de 36,39 milhões de quilowatts, representando apenas 1,53% da capacidade instalada total. Esforços devem ser feitos para acelerar o desenvolvimento e a construção. Além disso, a tecnologia de simulação digital deve ser usada para prever a produção de nova energia do lado da oferta, controlar e explorar com precisão o potencial da gestão do lado da demanda e expandir a proporção de transformação flexível de grandes grupos geradores de incêndio. Melhore a capacidade da rede elétrica de otimizar a alocação de recursos em uma ampla faixa para lidar com o problema da capacidade insuficiente de regulação do sistema. Ao mesmo tempo, alguns órgãos principais do sistema podem fornecer serviços com funções semelhantes, como configurar o armazenamento de energia e adicionar linhas de conexão na rede elétrica, o que pode melhorar o fluxo de energia local, e configurar usinas de armazenamento bombeado pode substituir alguns condensadores. Nesse caso, o desenvolvimento coordenado de cada assunto, a alocação ideal de recursos e a redução de custos econômicos dependem de um planejamento científico e razoável e precisam ser coordenados em um escopo maior e em uma escala de tempo maior.
Na era tradicional do sistema elétrico, de "fonte segue a carga", o planejamento do fornecimento de energia e da rede elétrica na China apresenta alguns problemas. Na era do novo sistema elétrico, com o desenvolvimento comum de "fonte, rede, carga e armazenamento", a importância do planejamento colaborativo é ainda mais ampliada. O armazenamento reversível, como uma importante fonte de energia limpa e flexível no sistema elétrico, desempenha um papel fundamental na garantia da segurança da grande rede elétrica, atendendo ao consumo de energia limpa e otimizando a operação do sistema. Mais importante ainda, devemos fortalecer as diretrizes de planejamento e considerar plenamente a conexão entre nosso próprio desenvolvimento e as necessidades de construção do novo sistema elétrico. Desde a entrada no "Décimo Quarto Plano Quinquenal", o estado emitiu sucessivamente documentos como o Plano de Desenvolvimento de Médio e Longo Prazo para Armazenamento Bombeado (2021-2035), o Plano de Desenvolvimento de Médio e Longo Prazo para a Indústria de Energia de Hidrogênio (2021-2035) e o Plano de Desenvolvimento de Energia Renovável para o "Décimo Quarto Plano Quinquenal" (FGNY [2021] No. 1445), mas eles são limitados a esta indústria. O "Décimo Quarto Plano Quinquenal" para o desenvolvimento de energia, que é de grande importância para o planejamento geral e orientação da indústria de energia, não foi oficialmente divulgado. Sugere-se que o departamento nacional competente emita um plano de médio e longo prazo para a construção de um novo sistema de energia para orientar a formulação e o ajuste contínuo de outros planos na indústria de energia, de modo a atingir o objetivo de otimizar a alocação de recursos.
Desenvolvimento sinérgico de armazenamento bombeado e novo armazenamento de energia
Até o final de 2021, a China havia colocado em operação 5,7297 milhões de quilowatts de novo armazenamento de energia, incluindo 89,7% de baterias de íons de lítio, 5,9% de baterias de chumbo, 3,2% de ar comprimido e 1,2% de outras formas. A capacidade instalada de armazenamento bombeado é de 36,39 milhões de quilowatts, mais de seis vezes a do novo tipo de armazenamento de energia. Tanto o novo armazenamento de energia quanto o armazenamento bombeado são componentes importantes do novo sistema de energia. A disposição conjunta no sistema de energia pode explorar suas respectivas vantagens e aprimorar ainda mais a capacidade de regulação do sistema. No entanto, existem diferenças óbvias entre os dois em termos de função e cenários de aplicação.
O armazenamento de nova energia refere-se a novas tecnologias de armazenamento de energia além do armazenamento bombeado, incluindo armazenamento de energia eletroquímica, volante de inércia, ar comprimido, armazenamento de energia de hidrogênio (amônia), etc. A maioria das novas usinas de armazenamento de energia tem as vantagens de um curto período de construção e uma seleção de local simples e flexível, mas a economia atual não é ideal. Entre elas, a escala de armazenamento de energia eletroquímica é geralmente de 10 a 100 MW, com uma velocidade de resposta de dezenas a centenas de milissegundos, alta densidade de energia e boa precisão de ajuste. É principalmente adequado para cenários de aplicação de redução de pico distribuída, geralmente conectado à rede de distribuição de baixa tensão ou ao lado da nova estação de energia, e tecnicamente adequado para ambientes de ajuste frequente e rápido, como modulação de frequência primária e modulação de frequência secundária. O armazenamento de energia por ar comprimido utiliza o ar como meio, que tem as características de grande capacidade, muitas vezes de carga e descarga e longa vida útil. No entanto, a eficiência atual é relativamente baixa. O armazenamento de energia por ar comprimido é a tecnologia de armazenamento de energia mais semelhante ao armazenamento bombeado. Para desertos, como o deserto de Gobi, desertos e outras áreas onde não é adequado o armazenamento bombeado, o armazenamento de energia por ar comprimido pode cooperar efetivamente com o consumo de nova energia em bases de cenário de grande escala, com grande potencial de desenvolvimento. A energia do hidrogênio é um importante vetor para a utilização eficiente e em larga escala de energia renovável. Suas características de armazenamento de energia em larga escala e de longo prazo podem promover a alocação ideal de energia heterogênea entre regiões e estações do ano. É uma parte importante do futuro sistema energético nacional e possui amplas perspectivas de aplicação.
Em contrapartida, as usinas hidrelétricas reversíveis apresentam alta maturidade técnica, grande capacidade, longa vida útil, alta confiabilidade e boa economia. São adequadas para cenários com alta demanda de capacidade de corte de pico ou demanda de potência de corte de pico, e são conectadas à rede principal em um nível de tensão mais alto. Considerando os requisitos de pico de carbono e neutralização de carbono, e o fato de que o progresso de desenvolvimento anterior é relativamente atrasado, a fim de acelerar o progresso do desenvolvimento de usinas hidrelétricas reversíveis e atender aos requisitos de rápido aumento da capacidade instalada, o ritmo da construção padronizada de usinas hidrelétricas reversíveis na China foi ainda mais acelerado. A construção padronizada é uma medida importante para lidar com várias dificuldades e desafios após a usina hidrelétrica reversível entrar no período de pico de desenvolvimento, construção e produção. Ela ajuda a acelerar o progresso da fabricação de equipamentos e a melhorar a qualidade, promove a segurança e a ordem da construção da infraestrutura, melhora a eficiência da produção, operação e gestão, e é uma garantia importante para o desenvolvimento de usinas hidrelétricas reversíveis em direção à enxuta.
Ao mesmo tempo, o desenvolvimento diversificado do armazenamento bombeado também é gradualmente valorizado. Em primeiro lugar, o plano de médio e longo prazo para o armazenamento bombeado propõe fortalecer o desenvolvimento do armazenamento bombeado de pequeno e médio porte. O armazenamento bombeado de pequeno e médio porte tem as vantagens de ricos recursos locais, layout flexível, proximidade com o centro de carga e estreita integração com novas energias distribuídas, o que é um complemento importante para o desenvolvimento do armazenamento bombeado. A segunda é explorar o desenvolvimento e a aplicação do armazenamento bombeado de água do mar. O consumo conectado à rede de energia eólica offshore de grande escala precisa ser configurado com recursos de ajuste flexíveis correspondentes. De acordo com o Aviso sobre a Publicação dos Resultados do Censo de Recursos de Usinas de Energia de Armazenamento Bombeado de Água do Mar (GNXN [2017] nº 68), emitido em 2017, os recursos de armazenamento bombeado de água do mar da China estão concentrados principalmente nas áreas offshore e insulares das cinco províncias costeiras do leste e das três províncias costeiras do sul, apresentando boas perspectivas de desenvolvimento. Por fim, a capacidade instalada e as horas de utilização são consideradas como um todo, em combinação com a demanda de regulação da rede elétrica. Com o aumento da proporção de novas energias e a tendência de se tornar a principal fonte de fornecimento de energia no futuro, o armazenamento de energia em grande capacidade e a longo prazo se tornarão essenciais. No local da estação qualificada, deve-se considerar adequadamente o aumento da capacidade de armazenamento e a extensão das horas de utilização, sem estar sujeito à restrição de fatores como o índice de custo da capacidade unitária e separado da demanda do sistema.
Portanto, na atual situação de grave escassez de recursos flexíveis no sistema elétrico chinês, o armazenamento bombeado e o armazenamento de energia nova têm amplas perspectivas de desenvolvimento. Considerando as diferenças em suas características técnicas, considerando plenamente os diferentes cenários de acesso, as necessidades reais do sistema elétrico regional e as restrições de segurança, estabilidade, consumo de energia limpa e outras condições de contorno, o layout colaborativo deve ser implementado para alcançar o efeito ideal, considerando a capacidade e o layout.
Influência do mecanismo de preço da eletricidade no desenvolvimento do armazenamento bombeado
O armazenamento bombeado atende a todo o sistema elétrico, incluindo o fornecimento de energia, a rede elétrica e os usuários, e todas as partes se beneficiam dele de forma não competitiva e não exclusiva. Do ponto de vista econômico, os produtos fornecidos pelo armazenamento bombeado são produtos públicos do sistema elétrico e fornecem serviços públicos para a operação eficiente do sistema elétrico.
Antes da reforma do sistema elétrico, o Estado emitiu políticas para deixar claro que o armazenamento bombeado atendia principalmente à rede elétrica e era operado principalmente pelas empresas operadoras da rede elétrica de forma unificada ou arrendada. Naquela época, o governo formulava uniformemente o preço da eletricidade na rede e o preço de venda da eletricidade. A principal receita da rede elétrica vinha da diferença entre os preços de compra e venda. A política existente definia essencialmente que o custo do armazenamento bombeado deveria ser recuperado da diferença entre os preços de compra e venda da rede elétrica e unificava o canal de dragagem.
Após a reforma do preço da eletricidade para transmissão e distribuição, o Aviso da Comissão Nacional de Desenvolvimento e Reforma sobre Questões Relacionadas à Melhoria do Mecanismo de Formação de Preços de Usinas de Energia de Armazenamento Bombeado (FGJG [2014] No. 1763) deixou claro que o preço da eletricidade em duas partes foi aplicado à energia de armazenamento bombeado, o que foi verificado de acordo com o princípio do custo razoável mais a renda permitida. A taxa de eletricidade de capacidade e as perdas de bombeamento das usinas de armazenamento bombeado são incluídas na contabilidade unificada do custo operacional da rede elétrica provincial local (ou rede elétrica regional) como um fator de ajuste do preço da eletricidade de venda, mas o canal de transmissão de custos não é corrigido. Posteriormente, a Comissão Nacional de Desenvolvimento e Reforma emitiu documentos sucessivamente em 2016 e 2019, estipulando que os custos relevantes das usinas de armazenamento bombeado não estão incluídos na renda permitida das empresas da rede elétrica, e os custos das usinas de armazenamento bombeado não estão incluídos nos custos de precificação de transmissão e distribuição, o que cortou ainda mais a maneira de canalizar o custo do armazenamento bombeado. Além disso, a escala de desenvolvimento do armazenamento bombeado durante o período do “13º Plano Quinquenal” foi muito menor do que o esperado devido à compreensão insuficiente do posicionamento funcional do armazenamento bombeado naquela época e do assunto de investimento único.
Diante desse dilema, as Opiniões da Comissão Nacional de Desenvolvimento e Reforma sobre o Aprimoramento Adicional do Mecanismo de Precificação da Energia de Armazenamento Bombeado (FGJG [2021] No. 633) foram lançadas em maio de 2021. Essa política definiu cientificamente a política de preços da eletricidade para energia de armazenamento bombeado. Por um lado, em combinação com o fato objetivo de que o atributo público da energia de armazenamento bombeado é forte e o custo não pode ser recuperado por meio da eletricidade, o método de precificação do período operacional foi usado para verificar o preço da capacidade e recuperar por meio do preço de transmissão e distribuição; Por outro lado, combinado com o ritmo da reforma do mercado de energia, o mercado spot de preços da eletricidade é explorado. A introdução da política estimulou fortemente a disposição de investimento dos sujeitos sociais, estabelecendo uma base sólida para o rápido desenvolvimento do armazenamento bombeado. De acordo com as estatísticas, a capacidade dos projetos de armazenamento bombeado colocados em operação, em construção e em promoção atingiu 130 milhões de quilowatts. Se todos os projetos em construção e em promoção forem colocados em operação antes de 2030, isso será superior à expectativa de "120 milhões de quilowatts serão colocados em produção até 2030" no Plano de Desenvolvimento de Médio e Longo Prazo para Armazenamento Bombeado (2021-2035). Comparado com o modo tradicional de geração de energia fóssil, o custo marginal da geração de energia de novas energias, como eólica e elétrica, é quase zero, mas o custo de consumo do sistema correspondente é enorme e carece do mecanismo de alocação e transmissão. Neste caso, no processo de transformação energética, para recursos com fortes atributos públicos, como armazenamento bombeado, o apoio político e a orientação são necessários no estágio inicial de desenvolvimento para garantir o rápido desenvolvimento da indústria. Sob o ambiente objetivo de que a escala de desenvolvimento de armazenamento bombeado da China é relativamente atrasada e o período da janela de neutralização de carbono do pico de carbono é relativamente curto, a introdução da nova política de preços da eletricidade desempenhou um papel importante na promoção do desenvolvimento da indústria de armazenamento bombeado.
A transformação do lado do fornecimento de energia, de energia fóssil convencional para energia renovável intermitente, determina que o principal custo dos preços da eletricidade passe do custo dos combustíveis fósseis para o custo da energia renovável e para a regulamentação flexível da construção de recursos. Devido à dificuldade e à natureza de longo prazo da transformação, o processo de estabelecimento do sistema de produção de energia a carvão da China e do novo sistema de energia baseado em energia renovável coexistirá por um longo tempo, o que exige que fortaleçamos ainda mais a meta climática de pico de carbono e neutralização de carbono. No início da transformação energética, a construção de infraestrutura que fez grandes contribuições para a promoção da transformação em energia limpa deve ser orientada por políticas e pelo mercado, reduzindo a interferência e a orientação equivocada da busca por lucro de capital na estratégia geral e garantindo a direção correta da transformação de energia limpa e de baixo carbono.
Com o pleno desenvolvimento das energias renováveis e a gradual transformação no principal fornecedor de energia, a construção do mercado de energia da China também está em constante aprimoramento e amadurecimento. Recursos de regulação flexível se tornarão a principal demanda no novo sistema elétrico, e o fornecimento de armazenamento bombeado e de nova energia será mais suficiente. Nesse momento, a construção de energia renovável e recursos de regulação flexível será impulsionada principalmente pelas forças de mercado. O mecanismo de preços do armazenamento bombeado e de outros principais órgãos refletirá verdadeiramente a relação entre oferta e demanda do mercado, refletindo a plena competitividade.
Entenda corretamente o efeito de redução de emissão de carbono do armazenamento bombeado
A usina hidrelétrica reversível apresenta benefícios significativos em termos de economia de energia e redução de emissões. No sistema elétrico tradicional, o papel da usina hidrelétrica reversível na conservação de energia e redução de emissões se reflete principalmente em dois aspectos. O primeiro é substituir a energia térmica no sistema para regulação de carga de pico, gerando energia em carga de pico, reduzindo o número de partidas e paradas das unidades termelétricas para regulação de carga de pico e bombeando água em baixa carga, de modo a reduzir a faixa de carga de pressão das unidades termelétricas, desempenhando assim o papel de conservação de energia e redução de emissões. O segundo é desempenhar o papel de suporte de segurança e estabilidade, como modulação de frequência, modulação de fase, reserva rotativa e reserva de emergência, e aumentar a taxa de carga de todas as unidades termelétricas no sistema ao substituir as unidades termelétricas por reserva de emergência, de modo a reduzir o consumo de carvão das unidades termelétricas e atingir o papel de conservação de energia e redução de emissões.
Com a construção de um novo sistema elétrico, o efeito de economia de energia e redução de emissões do armazenamento bombeado apresenta novas características em relação à base existente. Por um lado, desempenhará um papel mais importante na redução de picos de consumo, auxiliando o consumo de energia eólica em larga escala e outras novas energias conectadas à rede, o que trará enormes benefícios de redução de emissões para o sistema como um todo. Por outro lado, desempenhará funções de suporte seguras e estáveis, como modulação de frequência, modulação de fase e espera rotativa, ajudando o sistema a superar problemas como a instabilidade na produção de nova energia e a falta de inércia causada pela alta proporção de equipamentos eletrônicos de potência, melhorando ainda mais a proporção de penetração de nova energia no sistema elétrico, de modo a reduzir as emissões causadas pelo consumo de energia fóssil. Os fatores que influenciam a demanda de regulação do sistema elétrico incluem as características da carga, a proporção de novas conexões à rede elétrica e a transmissão de energia externa regional. Com a construção de um novo sistema elétrico, o impacto da nova conexão à rede elétrica na demanda de regulação do sistema elétrico excederá gradualmente as características da carga, e o papel da redução de emissões de carbono do armazenamento bombeado nesse processo será mais significativo.
A China tem um curto espaço de tempo e uma árdua tarefa para atingir o pico de carbono e a neutralização de carbono. A Comissão Nacional de Desenvolvimento e Reforma (CNDR) publicou o Plano para Aprimorar o Controle Duplo da Intensidade e da Quantidade Total do Consumo de Energia (FGHZ [2021] nº 1310) para atribuir indicadores de controle de emissões a todas as partes do país, a fim de controlar razoavelmente o consumo de energia. Portanto, o tema que pode desempenhar um papel na redução de emissões deve ser corretamente avaliado e receber a devida atenção. No entanto, atualmente, os benefícios da redução de emissões de carbono do armazenamento bombeado não foram devidamente reconhecidos. Primeiro, as unidades relevantes não têm a base institucional, como a metodologia de carbono na gestão de energia do armazenamento bombeado e, segundo, os princípios funcionais do armazenamento bombeado em outras áreas da sociedade fora da indústria de energia ainda não são bem compreendidos, levando à atual contabilidade de emissões de carbono de alguns pilotos de comércio de emissões de carbono para usinas de energia de armazenamento bombeado de acordo com as diretrizes para contabilidade e relatórios de emissões de dióxido de carbono empresarial (unidade) e tomando toda a eletricidade bombeada como base de cálculo de emissões. A usina de energia de armazenamento bombeado se tornou uma "unidade de descarga chave", o que traz muitos inconvenientes para a operação normal da usina de energia de armazenamento bombeado e também causa grande mal-entendido ao público.
A longo prazo, para compreender corretamente o efeito da redução de emissões de carbono do armazenamento bombeado e aprimorar seu mecanismo de gestão do consumo de energia, é necessário estabelecer uma metodologia aplicável, considerando os benefícios gerais da redução de emissões de carbono do armazenamento bombeado no sistema elétrico, quantificar os benefícios da redução de emissões de carbono do armazenamento bombeado e compensar internamente a cota insuficiente, que pode ser utilizada para transações no mercado externo de carbono. No entanto, devido ao início incerto do CCER e à limitação de 5% na compensação de emissões, também há incertezas no desenvolvimento da metodologia. Com base na situação atual, recomenda-se que a eficiência de conversão abrangente seja explicitamente considerada o principal indicador de controle do consumo total de energia e dos objetivos de conservação de energia das usinas de armazenamento bombeado em nível nacional, a fim de reduzir as restrições ao desenvolvimento saudável do armazenamento bombeado no futuro.
Horário da publicação: 29/11/2022
