Construir um novo sistema de energia é um projeto complexo e sistemático. Requer a coordenação da segurança e estabilidade energética, a crescente participação de novas fontes de energia e, simultaneamente, um custo razoável para o sistema. É necessário lidar com a relação entre a transformação limpa de usinas termelétricas, a penetração ordenada de energias renováveis, como a eólica e a pluvial, a construção de capacidades de coordenação e auxílio mútuo na rede elétrica e a alocação racional de recursos flexíveis. O planejamento científico do caminho de construção do novo sistema de energia é a base para atingir a meta de redução e neutralização das emissões de carbono, além de servir como limite e guia para o desenvolvimento das diversas entidades que compõem o novo sistema.
Até o final de 2021, a capacidade instalada de geração de energia a carvão na China ultrapassará 1,1 bilhão de quilowatts, representando 46,67% da capacidade instalada total de 2,378 bilhões de quilowatts, e a capacidade gerada por usinas 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 para a redução das emissões é enorme, sendo necessário reduzir a capacidade instalada para garantir a segurança do abastecimento. A capacidade instalada de energia eólica e solar é de 635 milhões de quilowatts, representando apenas 11,14% da capacidade tecnologicamente desenvolvível total 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 grande potencial de crescimento e precisam ser aceleradas na integração à rede elétrica. Há uma grave carência de recursos de flexibilidade do sistema. A capacidade instalada de fontes de energia flexíveis e reguladas, como o armazenamento por bombeamento e a geração de energia a gás, representa apenas 6,1% da capacidade instalada total. Em particular, a capacidade instalada total de armazenamento por bombeamento é de 36,39 milhões de quilowatts, representando apenas 1,53% da capacidade instalada total. Devem ser envidados esforços para acelerar o desenvolvimento e a construção. Além disso, a tecnologia de simulação digital deve ser utilizada para prever a produção de novas energias no lado da oferta, controlar com precisão e explorar o potencial da gestão da demanda, e expandir a proporção de transformação flexível de grandes grupos geradores a fogo. Melhorar 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 dos principais órgãos do sistema podem fornecer serviços com funções semelhantes, como a configuração de armazenamento de energia e a adição de linhas de interligação na rede elétrica para melhorar o fluxo de energia local, e a configuração de usinas hidrelétricas de bombeamento para substituir alguns condensadores. Neste caso, o desenvolvimento coordenado de cada disciplina, a alocação ideal de recursos e a redução de custos dependem de um planejamento científico e racional, e precisam ser coordenados em uma escala maior e em um horizonte temporal mais longo.
Na era dos sistemas de energia tradicionais, onde a geração seguia a demanda, o planejamento do fornecimento e da rede elétrica na China apresentava alguns problemas. Na era do novo sistema de energia, com o desenvolvimento conjunto de geração, rede, demanda e armazenamento, a importância do planejamento colaborativo torna-se ainda maior. O armazenamento por bombeamento, como uma importante fonte de energia limpa e flexível no sistema elétrico, desempenha um papel fundamental na garantia da segurança da grande rede elétrica, no atendimento ao consumo de energia limpa e na otimização da operação do sistema. Mais importante ainda, devemos fortalecer as diretrizes de planejamento e considerar plenamente a conexão entre o nosso desenvolvimento e as necessidades de construção do novo sistema de energia. Desde a entrada em vigor do “Décimo Quarto Plano Quinquenal”, o Estado emitiu sucessivamente documentos como o Plano de Desenvolvimento de Médio e Longo Prazo para Armazenamento por Bombeamento (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 Energias Renováveis para o “Décimo Quarto Plano Quinquenal” (FGNY [2021] nº 1445), mas estes se limitam a este setor. O “Décimo Quarto Plano Quinquenal” para o desenvolvimento do setor elétrico, de grande importância para o planejamento e orientação geral da indústria, ainda 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 elétrico, a fim de orientar a formulação e o ajuste contínuo de outros planos do setor, visando alcançar o objetivo de otimizar a alocação de recursos.
Desenvolvimento sinérgico de armazenamento por bombeamento e novas formas de armazenamento de energia.
Até o final de 2021, a China havia colocado em operação 5,7297 milhões de quilowatts de armazenamento de novas energias, incluindo 89,7% de baterias de íon-lítio, 5,9% de baterias de chumbo-ácido, 3,2% de ar comprimido e 1,2% de outras formas. A capacidade instalada de armazenamento por bombeamento é de 36,39 milhões de quilowatts, mais de seis vezes superior à do armazenamento de novas energias. Tanto o armazenamento de novas energias quanto o armazenamento por bombeamento são componentes importantes do novo sistema elétrico. A integração desses sistemas no sistema elétrico pode explorar suas respectivas vantagens e aprimorar ainda mais a capacidade de regulação do sistema. No entanto, existem diferenças significativas entre os dois em termos de função e cenários de aplicação.
O armazenamento de novas energias refere-se a tecnologias de armazenamento de energia diferentes do armazenamento por bombeamento, incluindo armazenamento eletroquímico, armazenamento por volante de inércia, armazenamento por ar comprimido, armazenamento de hidrogênio (amônia), etc. A maioria das usinas de armazenamento de novas energias apresenta vantagens como curto período de construção e seleção de local simples e flexível, mas a viabilidade econômica atual ainda não é ideal. Entre elas, o armazenamento eletroquímico geralmente opera em escala de 10 a 100 MW, com velocidade de resposta de dezenas a centenas de milissegundos, alta densidade de energia e boa precisão de ajuste. É adequado principalmente para cenários de aplicação de redução de picos de demanda distribuída, geralmente conectado à rede de distribuição de baixa tensão ou à própria usina, e tecnicamente adequado para ambientes de ajuste frequente e rápido, como modulação primária e secundária de frequência. O armazenamento de energia por ar comprimido utiliza o ar como meio, apresentando características como grande capacidade, múltiplos ciclos 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 similar ao armazenamento por bombeamento. Para áreas desérticas, desertos e outras regiões onde o armazenamento por bombeamento não é viável, o armazenamento de energia por ar comprimido pode cooperar eficazmente com o consumo de novas energias em grandes áreas de preservação ambiental, apresentando grande potencial de desenvolvimento. A energia do hidrogênio é um importante vetor para a utilização em larga escala e eficiente de energias renováveis. Suas características de armazenamento de energia em larga escala e por longos períodos podem promover a alocação otimizada de energia heterogênea em diferentes regiões e estações do ano. Trata-se de uma parte importante do futuro sistema energético nacional e possui amplas perspectivas de aplicação.
Em contraste, as usinas hidrelétricas de bombeamento apresentam alta maturidade tecnológica, grande capacidade, longa vida útil, alta confiabilidade e boa relação custo-benefício. São adequadas para cenários com alta demanda de capacidade ou potência para suprir picos de demanda e estão conectadas à rede principal em níveis de tensão mais elevados. Considerando as exigências de redução de emissões de carbono e a necessidade de neutralização de carbono, bem como o fato de que o desenvolvimento anterior dessas usinas era relativamente lento, o ritmo de construção padronizada de usinas hidrelétricas de bombeamento na China foi ainda mais acelerado, visando acelerar o desenvolvimento e atender à demanda por rápido aumento da capacidade instalada. A construção padronizada é uma medida importante para lidar com as diversas dificuldades e desafios que surgem após a usina entrar em seu período de pico de desenvolvimento, construção e produção. Ela contribui para acelerar o processo de fabricação de equipamentos e melhorar a qualidade, promover a segurança e a ordem na construção da infraestrutura, aumentar a eficiência da produção, operação e gestão, e é uma garantia importante para o desenvolvimento de usinas hidrelétricas de bombeamento rumo a uma geração mais eficiente.
Ao mesmo tempo, o desenvolvimento diversificado do armazenamento por bombeamento também vem sendo gradualmente valorizado. Em primeiro lugar, o plano de médio e longo prazo para o armazenamento por bombeamento propõe o fortalecimento do desenvolvimento de usinas de pequeno e médio porte. Essas usinas apresentam vantagens como abundância de recursos locais, layout flexível, proximidade com o centro de carga e forte integração com novas fontes de energia distribuída, o que representa um importante complemento para o desenvolvimento do armazenamento por bombeamento. Em segundo lugar, busca-se explorar o desenvolvimento e a aplicação do armazenamento por bombeamento em água do mar. O consumo conectado à rede de energia eólica offshore em larga 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 Hidrelétricas de Bombeamento em Água do Mar (GNXN [2017] nº 68), publicado em 2017, os recursos de armazenamento por bombeamento em 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 em conjunto com a demanda de regulação da rede elétrica. Com a crescente proporção de novas fontes de energia e a tendência de se tornarem a principal fonte de fornecimento de energia no futuro, o armazenamento de energia de grande capacidade e longo prazo se tornará imprescindível. Em locais de usinas qualificados, deve-se considerar adequadamente o aumento da capacidade de armazenamento e a extensão do período de utilização, sem se submeter a restrições como o índice de custo unitário e com foco na demanda do sistema.
Portanto, na atual conjuntura em que o sistema elétrico chinês enfrenta uma grave escassez de recursos flexíveis, o armazenamento por bombeamento e o armazenamento de novas energias apresentam amplas perspectivas de desenvolvimento. Considerando as diferenças em suas características técnicas, e levando em conta os diferentes cenários de acesso, as necessidades reais do sistema elétrico regional e as restrições impostas por fatores como segurança, estabilidade, consumo de energia limpa, entre outros, o planejamento colaborativo deve ser realizado em termos de capacidade e distribuição para alcançar o efeito ideal.
Influência do mecanismo de preços da eletricidade no desenvolvimento de usinas de armazenamento por bombeamento.
O armazenamento por bombeamento beneficia todo o sistema elétrico, incluindo o fornecimento de energia, a rede elétrica e os consumidores, e todas as partes se beneficiam dele de forma não competitiva e não exclusiva. Do ponto de vista econômico, os produtos fornecidos pelo armazenamento por bombeamento são bens públicos do sistema elétrico e prestam serviços públicos para a operação eficiente do mesmo.
Antes da reforma do sistema de energia elétrica, o governo emitiu políticas que deixavam claro que o armazenamento por bombeamento servia principalmente à rede elétrica e era operado, em sua maioria, pelas empresas operadoras da rede de forma unificada ou por arrendamento. Naquela época, o governo formulava uniformemente o preço da eletricidade injetada na rede e o preço de venda da eletricidade. A principal receita da rede elétrica provinha da diferença entre os preços de compra e venda. A política vigente definia essencialmente que o custo do armazenamento por bombeamento deveria ser recuperado da diferença entre os preços de compra e venda da rede elétrica, e unificava o canal de bombeamento.
Após a reforma do preço da transmissão e distribuição de energia elétrica, o Aviso da Comissão Nacional de Desenvolvimento e Reforma sobre Questões Relacionadas à Melhoria do Mecanismo de Formação de Preços de Usinas Hidrelétricas de Bombeamento (FGJG [2014] nº 1763) esclareceu que o preço da energia elétrica em duas partes seria aplicado à energia de bombeamento, o que foi verificado de acordo com o princípio do custo razoável mais a receita permitida. A tarifa de capacidade de geração e a perda de bombeamento das usinas de bombeamento são incluídas na contabilização unificada do custo operacional da rede elétrica provincial local (ou rede elétrica regional) como um fator de ajuste do preço de venda da energia elétrica, mas o canal de transmissão de custos não foi regularizado. Posteriormente, a Comissão Nacional de Desenvolvimento e Reforma emitiu documentos sucessivamente em 2016 e 2019, estipulando que os custos relevantes das usinas de bombeamento não são incluídos na receita permitida das empresas de rede elétrica, e que os custos das usinas de bombeamento não são incluídos nos custos de precificação de transmissão e distribuição, o que restringiu ainda mais a forma de canalização do custo do bombeamento. Além disso, a escala de desenvolvimento do armazenamento por bombeamento durante o período do “13º Plano Quinquenal” foi muito inferior à esperada devido à compreensão insuficiente do posicionamento funcional do armazenamento por bombeamento naquela época e ao foco em um único tipo de investimento.
Diante desse dilema, a Comissão Nacional de Desenvolvimento e Reforma publicou, em maio de 2021, o Parecer nº 633 da Comissão sobre o Aprimoramento do Mecanismo de Precificação da Energia Hidráulica por Bombeamento. Essa política definiu cientificamente a política de preços da eletricidade para sistemas de armazenamento por bombeamento. Por um lado, considerando o forte apelo público da energia hidrelétrica por bombeamento e a impossibilidade de recuperação dos custos por meio da geração de energia, utilizou-se o método de precificação por período operacional para verificar o preço da capacidade e recuperá-lo por meio da geração e distribuição. Por outro lado, acompanhando o ritmo da reforma do mercado de energia, explorou-se o mercado à vista de preços da eletricidade. A implementação dessa política estimulou fortemente o interesse de investimento dos agentes sociais, estabelecendo uma base sólida para o rápido desenvolvimento do armazenamento por bombeamento. Segundo as estatísticas, a capacidade instalada de projetos de armazenamento por bombeamento, em operação, em construção e em fase de promoção, atingiu 130 milhões de quilowatts. Se todos os projetos em construção e em fase de promoção entrarem em operação antes de 2030, esse número será superior à expectativa de “120 milhões de quilowatts em produção até 2030” do Plano de Desenvolvimento de Médio e Longo Prazo para Armazenamento por Bombeamento (2021-2035). Comparado ao modelo tradicional de geração de energia a partir de combustíveis fósseis, o custo marginal da geração de energia renovável, como a eólica e a geotérmica, é quase zero, mas o custo de consumo correspondente do sistema é enorme e carece de mecanismos de alocação e transmissão. Nesse contexto, no processo de transformação energética, para recursos com forte apelo público, como o armazenamento por bombeamento, o apoio e a orientação política são necessários na fase inicial de desenvolvimento para garantir o rápido crescimento do setor. Considerando o cenário em que a escala de desenvolvimento do armazenamento por bombeamento na China é relativamente baixa e o período para a neutralização das emissões de carbono é relativamente curto, a implementação da nova política de preços da eletricidade desempenhou um papel importante na promoção do desenvolvimento do setor.
A transformação da matriz energética, passando da energia fóssil convencional para a energia renovável intermitente, determina que o principal custo da eletricidade se altere, deixando de ser o custo dos combustíveis fósseis e passando a ser o custo da energia renovável, além de exigir uma regulação flexível da exploração de recursos. Devido à complexidade e ao longo prazo dessa transformação, o processo de estabelecimento do sistema de geração de energia a carvão na China e do novo sistema de energia renovável coexistirá por um longo período, o que exige um fortalecimento ainda maior da meta climática de atingir o pico de emissões de carbono e neutralizar as emissões. No início da transformação energética, a construção de infraestrutura, que tem contribuído significativamente para a promoção da transição para energia limpa, deve ser orientada por políticas públicas e pelo mercado, reduzindo a interferência e a orientação equivocada da busca pelo lucro do capital na estratégia geral e garantindo a direção correta da transformação para energia limpa e de baixo carbono.
Com o pleno desenvolvimento das energias renováveis e sua gradual consolidação como principal fornecedora de energia, a construção do mercado de energia da China também está em constante aprimoramento e amadurecimento. Os recursos de regulação flexível se tornarão a principal demanda no novo sistema elétrico, e a oferta de armazenamento por bombeamento e novas fontes de armazenamento de energia será mais suficiente. Nesse momento, a construção de energias renováveis e recursos de regulação flexível será impulsionada principalmente pelas forças de mercado. O mecanismo de preços do armazenamento por bombeamento e de outros agentes principais refletirá verdadeiramente a relação entre oferta e demanda do mercado, refletindo a plena competitividade.
Compreender corretamente o efeito de redução das emissões de carbono do armazenamento por bombeamento.
As centrais hidrelétricas de bombeamento apresentam benefícios significativos em termos de economia de energia e redução de emissões. No sistema elétrico tradicional, o papel do bombeamento na conservação de energia e na redução de emissões se reflete principalmente em dois aspectos. O primeiro é a substituição de usinas termelétricas no sistema para regulação de pico de demanda, gerando energia nos horários de pico, reduzindo o número de partidas e paradas das unidades termelétricas para regulação de pico e bombeando água em períodos de baixa demanda, de modo a reduzir a faixa de pressão das unidades termelétricas, desempenhando assim o papel de conservação de energia e redução de emissões. O segundo aspecto é o suporte à segurança e estabilidade, por meio de modulação de frequência, modulação de fase, reserva rotativa e reserva de emergência, e o aumento da taxa de carga de todas as unidades termelétricas do sistema quando estas são substituídas para reserva de emergência, reduzindo assim o consumo de carvão das unidades termelétricas e alcançando o objetivo 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 por bombeamento apresenta novas características em relação ao cenário atual. Por um lado, desempenhará um papel mais importante no nivelamento de picos de demanda, auxiliando a geração de energia eólica em larga escala e outras fontes de energia renovável conectadas à rede, o que trará enormes benefícios de redução de emissões para o sistema como um todo. Por outro lado, desempenhará um papel de suporte seguro e estável, como modulação de frequência, modulação de fase e reserva rotativa, ajudando o sistema a superar problemas como a instabilidade na geração de energia renovável e a falta de inércia causadas pela alta proporção de equipamentos eletrônicos de potência, aumentando ainda mais a penetração de novas energias no sistema elétrico e, consequentemente, reduzindo as emissões provenientes do consumo de energia fóssil. Os fatores que influenciam a demanda de regulação do sistema elétrico incluem as características da carga, a proporção de conexão de novas energias à rede e a transmissão de energia externa regional. Com a construção de um novo sistema elétrico, o impacto da conexão de novas energias à rede sobre a demanda de regulação do sistema elétrico superará gradualmente as características da carga, e o papel do armazenamento por bombeamento na redução das emissões de carbono nesse processo se tornará ainda mais significativo.
A China tem pouco tempo e uma tarefa árdua para atingir o pico de emissões de carbono e a neutralização do carbono. A Comissão Nacional de Desenvolvimento e Reforma emitiu o Plano para Melhorar o Controle Dual da Intensidade e do Valor Total do Consumo de Energia (FGHZ [2021] nº 1310) para atribuir indicadores de controle de emissões a todo o país, visando um controle racional do consumo de energia. Portanto, os elementos que podem contribuir para a redução de emissões devem ser avaliados corretamente e receber a devida atenção. Contudo, atualmente, os benefícios da redução das emissões de carbono proporcionados pelo armazenamento por bombeamento não têm sido devidamente reconhecidos. Em primeiro lugar, as unidades relevantes carecem de uma base institucional, como a metodologia de carbono na gestão energética do armazenamento por bombeamento, e em segundo lugar, os princípios de funcionamento do armazenamento por bombeamento em outras áreas da sociedade fora do setor elétrico ainda não são bem compreendidos, o que leva à contabilização atual das emissões de carbono em alguns projetos-piloto de comércio de emissões de carbono para usinas de armazenamento por bombeamento, de acordo com as diretrizes para contabilização e reporte de emissões de dióxido de carbono de empresas (unidades), e tomando toda a eletricidade bombeada como base de cálculo das emissões. Assim, a usina de armazenamento por bombeamento tornou-se uma “unidade de descarga chave”, o que acarreta muitos inconvenientes para a operação normal da usina e também causa grande incompreensão por parte do público.
A longo prazo, para compreender corretamente o efeito da redução das emissões de carbono proporcionada pelo armazenamento por bombeamento e otimizar seu mecanismo de gestão do consumo de energia, é necessário estabelecer uma metodologia aplicável que considere os benefícios globais da redução das emissões de carbono no sistema elétrico, quantifique esses benefícios e crie uma compensação interna para suprir a cota insuficiente, que possa ser utilizada em transações no mercado externo de carbono. No entanto, devido ao início incerto do CCER (Canadian Energy Reduction Exchange) e à limitação de 5% na compensação de emissões, também existem incertezas no desenvolvimento da metodologia. Com base na situação atual, recomenda-se que a eficiência de conversão abrangente seja explicitamente adotada como o principal indicador de controle do consumo total de energia e dos objetivos de conservação de energia das usinas de armazenamento por bombeamento em nível nacional, a fim de reduzir as restrições ao desenvolvimento sustentável dessa tecnologia no futuro.
Data da publicação: 29/11/2022
