Создание новой энергосистемы — это сложный и системный проект. Необходимо учитывать координацию энергетической безопасности и стабильности, растущую долю возобновляемых источников энергии, а также разумную стоимость системы. Следует учитывать взаимосвязь между экологически чистым преобразованием тепловых энергоблоков, упорядоченным внедрением возобновляемых источников энергии, таких как ветер и дождь, построением координационных и взаимопомощных сетей, а также рациональным распределением гибких ресурсов. Научное планирование пути строительства новой энергосистемы является основой для достижения цели пикового выбросов углерода и углеродной нейтрализации, а также служит ориентиром и руководством для развития различных субъектов в новой энергосистеме.
К концу 2021 года установленная мощность угольных электростанций в Китае превысит 1,1 миллиарда киловатт, что составит 46,67% от общей установленной мощности в 2,378 миллиарда киловатт, а вырабатываемая мощность угольных электростанций составит 5042,6 миллиарда киловатт-часов, что составит 60,06% от общей вырабатываемой мощности в 8395,9 миллиарда киловатт-часов. Давление на сокращение выбросов огромно, поэтому необходимо сократить мощности для обеспечения безопасности энергоснабжения. Установленная мощность ветровой и солнечной энергетики составляет 635 миллионов киловатт, что составляет всего 11,14% от общей технологически развитой мощности в 5,7 миллиарда киловатт, а вырабатываемая мощность составляет 982,8 миллиарда киловатт-часов, что составляет всего 11,7% от общей вырабатываемой мощности. Установленная мощность и генерирующие мощности ветровой и солнечной энергетики имеют огромный потенциал для улучшения и нуждаются в ускоренном внедрении в энергосистему. Существует серьезная нехватка ресурсов для обеспечения гибкости системы. Установленная мощность гибких регулируемых источников энергии, таких как гидроаккумулирующие электростанции и газовые электростанции, составляет всего 6,1% от общей установленной мощности. В частности, общая установленная мощность гидроаккумулирующих электростанций составляет 36,39 млн киловатт, что составляет всего 1,53% от общей установленной мощности. Необходимо приложить усилия для ускорения развития и строительства. Кроме того, следует использовать технологии цифрового моделирования для прогнозирования выработки новой энергии со стороны предложения, точного контроля и использования потенциала управления спросом, а также расширения доли гибкой трансформации крупных электрогенераторных установок. Необходимо повысить способность энергосистемы оптимизировать распределение ресурсов в широком диапазоне для решения проблемы недостаточной мощности регулирования системы. В то же время, некоторые основные структуры системы могут предоставлять услуги со схожими функциями, например, настройка систем хранения энергии и добавление линий связи в энергосистему могут улучшить местный поток электроэнергии, а настройка гидроаккумулирующих электростанций может заменить некоторые конденсаторы. В этом случае скоординированное развитие каждой из сторон, оптимальное распределение ресурсов и экономическая эффективность зависят от научно обоснованного планирования и требуют координации в более широком масштабе и в более длительной временной перспективе.
В традиционную эпоху энергосистем, где «источник следует за нагрузкой», планирование электроснабжения и электросетей в Китае сталкивается с рядом проблем. В эпоху новых энергосистем, характеризующихся общим развитием концепции «источник, сеть, нагрузка и накопители», важность совместного планирования возрастает еще больше. Гидроаккумулирующие электростанции, как важный источник чистой и гибкой энергии в энергосистеме, играют важную роль в обеспечении безопасности крупных электросетей, удовлетворении потребностей в чистой энергии и оптимизации работы системы. Что еще важнее, необходимо усилить методическое руководство и в полной мере учитывать взаимосвязь между собственным развитием и потребностями строительства новой энергосистемы. С момента вступления в силу «Четырнадцатого пятилетнего плана» государство последовательно издавало такие документы, как Среднесрочный и долгосрочный план развития гидроаккумулирующих электростанций (2021-2035 гг.), Среднесрочный и долгосрочный план развития водородной энергетики (2021-2035 гг.) и План развития возобновляемой энергетики в рамках «Четырнадцатого пятилетнего плана» (ФГНЮ [2021] № 1445), но они ограничивались этой отраслью. «Четырнадцатый пятилетний план» развития энергетики, имеющий большое значение для общего планирования и руководства энергетической отраслью, до сих пор официально не опубликован. Предлагается, чтобы компетентное национальное ведомство разработало среднесрочный и долгосрочный план строительства новой энергосистемы для руководства разработкой и корректировкой других планов в энергетической отрасли с целью оптимизации распределения ресурсов.
Синергетическое развитие гидроаккумулирующих электростанций и новых систем хранения энергии.
К концу 2021 года Китай ввел в эксплуатацию 5,7297 млн киловатт новых систем хранения энергии, включая 89,7% литий-ионных батарей, 5,9% свинцово-кислородных батарей, 3,2% систем сжатого воздуха и 1,2% других типов. Установленная мощность гидроаккумулирующих электростанций составляет 36,39 млн киловатт, что более чем в шесть раз превышает мощность новых типов систем хранения энергии. И новые системы хранения энергии, и гидроаккумулирующие электростанции являются важными компонентами новой энергетической системы. Совместное использование в энергосистеме позволяет в полной мере использовать их преимущества и дополнительно повысить регулирующие возможности системы. Однако между ними существуют очевидные различия в функциональности и сценариях применения.
Новые технологии хранения энергии включают в себя технологии, отличные от гидроаккумулирующих электростанций, такие как электрохимические накопители энергии, маховики, системы хранения энергии на сжатом воздухе, водородные (аммиачные) накопители энергии и т. д. Большинство электростанций с системами хранения энергии обладают преимуществами коротких сроков строительства и простого и гибкого выбора площадки, но в настоящее время их экономическая эффективность не идеальна. Среди них электрохимические накопители энергии обычно имеют мощность 10–100 МВт, скорость отклика от десятков до сотен миллисекунд, высокую плотность энергии и хорошую точность регулировки. Они в основном подходят для распределенных сценариев сглаживания пиковых нагрузок, обычно подключаются к низковольтной распределительной сети или к электростанции, и технически пригодны для частых и быстрых режимов работы, таких как первичная и вторичная частотная модуляция. Накопители энергии на сжатом воздухе используют воздух в качестве среды, что обеспечивает большую емкость, многократную зарядку и разрядку, а также длительный срок службы. Однако их эффективность относительно низка. Накопители энергии на сжатом воздухе являются наиболее близкой к гидроаккумулирующим электростанциям технологией хранения энергии. Для пустынь, пустынь и других районов, где размещение гидроаккумулирующих электростанций нецелесообразно, эффективное использование систем хранения энергии на основе сжатого воздуха может взаимодействовать с потреблением возобновляемой энергии в масштабных ландшафтных зонах, обладая большим потенциалом развития. Водородная энергия является важным носителем для крупномасштабного и эффективного использования возобновляемой энергии. Ее крупномасштабные и долговременные характеристики хранения энергии способствуют оптимальному распределению разнородной энергии по регионам и сезонам. Она является важной частью будущей национальной энергетической системы и имеет широкие перспективы применения.
В отличие от них, гидроаккумулирующие электростанции обладают высокой технической зрелостью, большой мощностью, длительным сроком службы, высокой надежностью и хорошей экономичностью. Они подходят для сценариев с большим спросом на мощность или мощность, необходимую для сглаживания пиков, и подключаются к основной сети на более высоком уровне напряжения. Учитывая требования по сокращению пиковых выбросов углерода и углеродной нейтрализации, а также тот факт, что предыдущий прогресс развития был относительно отсталым, для ускорения развития гидроаккумулирующих электростанций и достижения требований быстрого увеличения установленной мощности темпы стандартизированного строительства гидроаккумулирующих электростанций в Китае были дополнительно ускорены. Стандартизированное строительство является важной мерой для решения различных трудностей и проблем после того, как гидроаккумулирующая электростанция вступает в пиковый период развития, строительства и эксплуатации. Оно способствует ускорению прогресса в производстве оборудования и повышению его качества, повышению безопасности и порядка при строительстве инфраструктуры, повышению эффективности производства, эксплуатации и управления, и является важной гарантией развития гидроаккумулирующих электростанций в направлении экономии ресурсов.
В то же время постепенно растет и ценность диверсифицированного развития гидроаккумулирующих электростанций. Во-первых, среднесрочный и долгосрочный план развития гидроаккумулирующих электростанций предусматривает усиление развития малых и средних гидроаккумулирующих электростанций. Малые и средние гидроаккумулирующие электростанции обладают преимуществами богатых ресурсов площадки, гибкой компоновки, близости к центру потребления и тесной интеграции с распределенными источниками энергии, что является важным дополнением к развитию гидроаккумулирующих электростанций. Во-вторых, необходимо изучить возможности развития и применения гидроаккумулирующих электростанций на морской воде. Потребление электроэнергии, потребляемой крупными морскими ветроэнергетическими установками, подключенными к сети, должно быть сконфигурировано с соответствующими гибкими ресурсами для регулирования. Согласно Уведомлению о публикации результатов переписи ресурсов гидроаккумулирующих электростанций на морской воде (GNXN [2017] № 68), опубликованному в 2017 году, ресурсы гидроаккумулирующих электростанций на морской воде в Китае в основном сосредоточены в прибрежных и островных районах пяти восточных прибрежных провинций и трех южных прибрежных провинций, что открывает хорошие перспективы для их развития. Наконец, установленная мощность и часы использования рассматриваются в совокупности с учетом требований регулирования электросети. С увеличением доли возобновляемых источников энергии и тенденцией к тому, что они станут основным источником энергоснабжения в будущем, потребность в больших мощностях и долгосрочном хранении энергии станет актуальной. На подходящей площадке подстанции следует надлежащим образом рассмотреть вопрос увеличения емкости накопителей и продления часов использования, и это не должно зависеть от таких факторов, как индекс стоимости единицы мощности, и должно быть отделено от потребностей системы.
Таким образом, в нынешней ситуации, когда энергосистема Китая испытывает серьезный дефицит гибких ресурсов, гидроаккумулирующие электростанции и новые системы хранения энергии имеют широкие перспективы развития. Учитывая различия в их технических характеристиках, при условии полного учета различных сценариев доступа, в сочетании с реальными потребностями региональной энергосистемы и с учетом требований безопасности, стабильности, потребления чистой энергии и других граничных условий, необходимо осуществлять совместное размещение мощностей и площадей для достижения оптимального эффекта.
Влияние механизма ценообразования на электроэнергию на развитие гидроаккумулирующих электростанций
Гидроаккумулирующие электростанции обслуживают всю энергосистему, включая электроснабжение, электросети и потребителей, и все стороны получают от них выгоду на неконкурентной и неисключительной основе. С экономической точки зрения, продукция, производимая гидроаккумулирующими электростанциями, является общественно полезной продукцией энергосистемы и предоставляет общественные услуги для эффективного функционирования энергосистемы.
До реформы электроэнергетической системы государство издавало политику, в которой четко указывалось, что гидроаккумулирующие электростанции в основном обслуживают электросети и эксплуатируются преимущественно предприятиями-операторами электросетей на единой или арендной основе. В то время правительство единообразно формировало цены на электроэнергию, поступающую в сеть, и цены на электроэнергию, продаваемую в сеть. Основной доход электросети поступал от разницы между закупочной и продажной ценами. Существующая политика, по сути, определяла, что затраты на гидроаккумулирующие электростанции должны покрываться за счет разницы между закупочной и продажной ценами электросети, а также предусматривала унифицированное дноуглубление каналов.
После реформы ценообразования на электроэнергию для передачи и распределения, в Уведомлении Национальной комиссии по развитию и реформам по вопросам совершенствования механизма ценообразования гидроаккумулирующих электростанций (ФГГ [2014] № 1763) было четко указано, что к гидроаккумулирующим электростанциям применяется двухкомпонентная ценовая политика, которая проверяется в соответствии с принципом разумных затрат плюс допустимый доход. Плата за мощность электроэнергии и потери на перекачку гидроаккумулирующих электростанций включаются в единый учет операционных затрат местной провинциальной электросети (или региональной электросети) в качестве корректирующего фактора цены продажи электроэнергии, однако канал передачи затрат не был упорядочен. Впоследствии Национальная комиссия по развитию и реформам в 2016 и 2019 годах последовательно издала документы, в которых указывалось, что соответствующие затраты гидроаккумулирующих электростанций не включаются в допустимый доход предприятий электросетей, а затраты гидроаккумулирующих электростанций не включаются в затраты на передачу и распределение электроэнергии, что еще больше ограничило возможности передачи затрат на гидроаккумулирующие электростанции. Кроме того, масштабы развития гидроаккумулирующих электростанций в период «13-й пятилетки» оказались значительно ниже ожидаемых из-за недостаточного понимания функционального назначения гидроаккумулирующих электростанций на тот момент и того факта, что это был единственный объект инвестиций.
В связи с этой дилеммой в мае 2021 года были приняты «Заключения Национальной комиссии по развитию и реформам о дальнейшем совершенствовании механизма ценообразования на гидроаккумулирующие электростанции» (ФГГ [2021] № 633). Эта политика научно определила ценовую политику в отношении электроэнергии, вырабатываемой гидроаккумулирующими электростанциями. С одной стороны, учитывая объективный факт высокой общественной ценности гидроаккумулирующих электростанций и невозможность возмещения затрат за счет электроэнергии, был использован метод ценообразования в период эксплуатации для проверки цены мощности и возмещения затрат за счет цен на передачу и распределение; с другой стороны, в сочетании с темпами реформирования энергетического рынка, был исследован спотовый рынок цен на электроэнергию. Введение этой политики значительно стимулировало инвестиционную готовность субъектов общества, заложив прочную основу для быстрого развития гидроаккумулирующих электростанций. По статистике, мощность введенных в эксплуатацию, строящихся и реализуемых проектов гидроаккумулирующих электростанций достигла 130 миллионов киловатт. Если все строящиеся и реализуемые проекты будут введены в эксплуатацию до 2030 года, это превзойдет ожидания, изложенные в Среднесрочном и Долгосрочном плане развития гидроаккумулирующих электростанций (2021-2035 гг.), согласно которому к 2030 году будет введено в эксплуатацию 120 миллионов киловатт электроэнергии. По сравнению с традиционными источниками энергии, получаемыми из ископаемого топлива, предельные издержки производства электроэнергии из новых источников, таких как ветровая и электроэнергия, практически равны нулю, но соответствующие издержки системного потребления огромны, и отсутствует механизм распределения и передачи. В этом случае в процессе энергетической трансформации для таких ресурсов с сильными общественными характеристиками, как гидроаккумулирующие электростанции, на ранних этапах развития необходима политическая поддержка и руководство для обеспечения быстрого развития отрасли. В условиях относительно отсталых масштабов развития гидроаккумулирующих электростанций в Китае и относительно короткого периода достижения пика выбросов углерода, введение новой политики ценообразования на электроэнергию сыграло важную роль в стимулировании развития отрасли.
Переход от традиционных ископаемых видов топлива к возобновляемым источникам энергии с переменной выработкой определяет, что основная часть стоимости электроэнергии смещается с ископаемого топлива на возобновляемые источники энергии, а регулирование использования ресурсов становится гибким. Ввиду сложности и долгосрочного характера этого перехода, процесс создания китайской системы электроснабжения на основе угля и новой системы электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии будет сосуществовать в течение длительного времени, что требует дальнейшего усиления климатических целей по достижению пика выбросов углерода и углеродной нейтрализации. На начальном этапе энергетической трансформации строительство инфраструктуры, внесшей значительный вклад в продвижение перехода к чистой энергетике, должно основываться на политических и рыночных принципах, уменьшать вмешательство и неправильное направление стремления к получению прибыли в общую стратегию и обеспечивать правильное направление перехода к чистой и низкоуглеродной энергетике.
С развитием возобновляемой энергетики и её постепенным превращением в основного поставщика электроэнергии, строительство китайского энергетического рынка также постоянно совершенствуется и развивается. Гибкие регулирующие ресурсы станут основным спросом в новой энергетической системе, а предложение гидроаккумулирующих электростанций и новых источников энергии станет более достаточным. В это время строительство возобновляемых источников энергии и гибких регулирующих ресурсов будет в основном определяться рыночными силами, а ценовой механизм гидроаккумулирующих электростанций и других основных источников энергии будет точно отражать соотношение спроса и предложения на рынке, демонстрируя полную конкурентоспособность.
Правильно понимать эффект снижения выбросов углекислого газа при использовании гидроаккумулирующих электростанций.
Гидроаккумулирующие электростанции обладают значительными преимуществами в плане энергосбережения и сокращения выбросов. В традиционной энергосистеме роль гидроаккумулирующих электростанций в энергосбережении и сокращении выбросов проявляется главным образом в двух аспектах. Во-первых, это замена тепловых электростанций в системе для регулирования пиковой нагрузки, выработка электроэнергии при пиковой нагрузке, сокращение количества запусков и остановок тепловых электростанций для регулирования пиковой нагрузки и перекачка воды при низкой нагрузке, что позволяет уменьшить диапазон нагрузки на тепловые электростанции и, таким образом, обеспечивает энергосбережение и сокращение выбросов. Во-вторых, это обеспечение безопасности и стабильности, например, за счет частотной модуляции, фазовой модуляции, вращательного резерва и аварийного резерва, а также увеличение коэффициента нагрузки всех тепловых электростанций в системе при замене тепловых электростанций на аварийный резерв, что позволяет сократить потребление угля тепловыми электростанциями и достичь цели энергосбережения и сокращения выбросов.
С созданием новой энергосистемы эффект энергосбережения и сокращения выбросов от гидроаккумулирующих электростанций приобретает новые характеристики по сравнению с существующими. С одной стороны, они будут играть более значительную роль в сглаживании пиковых нагрузок, способствуя потреблению электроэнергии крупными ветровыми электростанциями и другими источниками возобновляемой энергии, подключенными к сети, что принесет системе в целом огромные выгоды в плане сокращения выбросов; с другой стороны, они будут играть безопасную и стабильную вспомогательную роль, например, в виде частотной модуляции, фазовой модуляции и резервного вращения, помогая системе преодолеть такие проблемы, как нестабильная выходная мощность возобновляемой энергии и недостаток инерции, вызванные высокой долей силового электронного оборудования, что позволит дополнительно повысить долю возобновляемой энергии в энергосистеме и тем самым сократить выбросы, вызванные потреблением ископаемого топлива. Факторы, влияющие на спрос на регулирование энергосистемы, включают характеристики нагрузки, долю подключения возобновляемой энергии к сети и региональную внешнюю передачу электроэнергии. С созданием новой энергосистемы влияние подключения возобновляемой энергии к сети на спрос на регулирование энергосистемы будет постепенно превышать характеристики нагрузки, и роль гидроаккумулирующих электростанций в сокращении выбросов углерода в этом процессе станет более значительной.
Перед Китаем стоит сложная задача – достичь пика выбросов углерода и углеродной нейтрализации. Национальная комиссия по развитию и реформам издала План по совершенствованию двойного контроля интенсивности и общего объема потребления энергии (FGHZ [2021] № 1310), в котором установлены показатели контроля выбросов для всех регионов страны с целью разумного регулирования потребления энергии. Поэтому необходимо правильно оценить и уделить должное внимание тем факторам, которые могут сыграть роль в сокращении выбросов. Однако в настоящее время преимущества гидроаккумулирующих электростанций в сокращении выбросов углерода не получили должного признания. Во-первых, соответствующим подразделениям не хватает институциональной основы, такой как методология учета выбросов углерода в управлении энергопотреблением гидроаккумулирующих электростанций, а во-вторых, функциональные принципы работы гидроаккумулирующих электростанций в других сферах общества, помимо энергетической отрасли, до сих пор недостаточно изучены. Это приводит к тому, что в рамках некоторых пилотных проектов по торговле квотами на выбросы углерода для гидроаккумулирующих электростанций учет выбросов углерода осуществляется в соответствии с руководящими принципами учета и отчетности по выбросам углекислого газа на уровне предприятий (подразделений), и в качестве базы для расчета выбросов используется вся произведенная электроэнергия. Гидроаккумулирующая электростанция стала «ключевым разгрузочным блоком», что создает значительные неудобства для ее нормальной работы и вызывает большое недопонимание у общественности.
В долгосрочной перспективе, для правильного понимания эффекта сокращения выбросов углерода от гидроаккумулирующих электростанций и оптимизации механизма управления энергопотреблением, необходимо разработать применимую методологию, учитывающую общие преимущества гидроаккумулирующих электростанций в плане сокращения выбросов углерода в энергосистеме, количественно оценить эти преимущества и сформировать внутреннюю компенсацию недостаточной квоты, которая может быть использована для операций на внешнем углеродном рынке. Однако из-за неясного начала реализации программы CCER и 5%-ного ограничения на компенсацию выбросов существуют неопределенности в разработке методологии. Исходя из текущей ситуации, рекомендуется явно рассматривать комплексную эффективность преобразования в качестве основного контрольного показателя общего энергопотребления и целей энергосбережения гидроаккумулирующих электростанций на национальном уровне, чтобы уменьшить ограничения на здоровое развитие гидроаккумулирующих электростанций в будущем.
Дата публикации: 29 ноября 2022 г.
