Китайское метеорологическое управление заявило, что из-за неопределенности климатической системы, усугубляемой глобальным потеплением, экстремально высокие температуры и экстремально сильные осадки в Китае становятся все более частыми и интенсивными.
Со времен промышленной революции парниковые газы, производимые деятельностью человека, привели к аномально высоким глобальным температурам, повышению уровня моря, а также к тому, что в различных регионах с большей плотностью и частотой происходят экстремальные погодные явления, такие как ливни, наводнения и засухи.
Всемирная организация здравоохранения отметила, что повышение глобальной температуры и чрезмерное сжигание ископаемого топлива стали одной из самых больших угроз для здоровья человека. Изменение климата представляет угрозу не только для теплового удара, но и для сердечно-сосудистых заболеваний, а также может привести к ухудшению состояния более 50% известных патогенов человека.
Изменение климата — одна из главных проблем, стоящих перед человечеством в современную эпоху. Будучи одним из крупнейших источников выбросов парниковых газов, Китай в 2020 году объявил о цели достижения «углеродного пика и углеродной нейтральности», торжественно подтвердил свою приверженность международному сообществу, продемонстрировал ответственность и целеустремленность крупной страны, а также отразил острую необходимость в содействии трансформации и модернизации экономической структуры и обеспечении гармоничного сосуществования человека и природы.
Проблемы турбулентности в энергосистеме
Энергетическая отрасль является полем битвы, за которым пристально следят в контексте внедрения концепции «двойного углеродного цикла».
На каждый градус Цельсия повышения средней глобальной температуры уголь вносит вклад в размере более 0,3 градуса Цельсия. Для дальнейшего продвижения энергетической революции необходимо контролировать потребление ископаемого топлива и ускорить создание новой энергетической системы. В 2022-2023 годах Китай принял более 120 «двойных углеродных» политик, особенно подчеркивая ключевую поддержку развития и использования возобновляемых источников энергии.
Благодаря активной политике поддержки возобновляемых источников энергии, Китай стал крупнейшей в мире страной по их использованию. По данным Национального энергетического управления, в первом полугодии 2024 года установленная мощность возобновляемых источников энергии в стране составила 134 миллиона киловатт, что составляет 88% от общей установленной мощности; объем производства электроэнергии из возобновляемых источников составил 1,56 триллиона киловатт-часов, что составляет около 35% от общего объема производства электроэнергии.
В энергосистему интегрируется больше энергии ветряных и фотоэлектрических электростанций, что обеспечивает людей более чистой, экологически безопасной электроэнергией для производства и жизни, но также бросает вызов традиционному режиму работы энергосистемы.
Традиционный режим электроснабжения в электросети является мгновенным и плановым. Когда вы включаете электроэнергию, это означает, что кто-то заранее рассчитал ваши потребности и одновременно где-то вырабатывает для вас электроэнергию. Кривая выработки электроэнергии электростанцией и кривая передачи электроэнергии по каналу электропередачи планируются заранее на основе исторических данных. Даже если спрос на электроэнергию внезапно возрастает, он может быть своевременно удовлетворен за счет запуска резервных тепловых электростанций, что обеспечивает безопасную и стабильную работу электросети.
Однако с появлением большого количества ветровых и фотоэлектрических электростанций, время и объемы выработки электроэнергии полностью зависят от погоды, что затрудняет планирование. При благоприятных погодных условиях новые энергетические установки работают на полную мощность и вырабатывают большое количество экологически чистой электроэнергии, но если спрос не увеличивается, эта электроэнергия не может быть подключена к интернету; при высоком спросе на электроэнергию, дождливой и облачной погоде, ветровые турбины не вращаются, фотоэлектрические панели не нагреваются, и возникают проблемы с отключением электроэнергии.
Ранее отказ от использования ветровой и солнечной энергии в провинциях Ганьсу, Синьцзян и других регионах с развитой энергосистемой был связан с сезонным дефицитом электроэнергии в регионе и неспособностью энергосистемы своевременно его компенсировать. Неконтролируемое использование чистой энергии создает проблемы для диспетчеризации энергосистемы и увеличивает эксплуатационные риски энергосистемы. Сегодня, когда люди сильно зависят от стабильного электроснабжения для производства и жизни, любое несоответствие между выработкой и потреблением электроэнергии будет иметь серьезные экономические и социальные последствия.
Существует определённая разница между установленной мощностью возобновляемых источников энергии и фактической выработкой электроэнергии, и спрос потребителей на электроэнергию и выработка электроэнергии электростанциями не позволяют достичь баланса «источник следует за нагрузкой» и «динамического равновесия». «Свежая» электроэнергия должна быть использована своевременно или накоплена, что является необходимым условием для стабильной работы хорошо организованной энергосистемы. Для достижения этой цели, помимо построения точной модели прогнозирования чистой энергии на основе точного анализа погодных условий и исторических данных о выработке электроэнергии, необходимо также повысить гибкость диспетчеризации энергосистемы с помощью таких инструментов, как системы хранения энергии и виртуальные электростанции. В стране делается акцент на «ускорении планирования и строительства новой энергетической системы», и системы хранения энергии являются незаменимой технологией.
«Зеленый банк» в новой энергетической системе
В условиях энергетической революции все более заметную роль играют гидроаккумулирующие электростанции. Эта технология, зародившаяся в конце XIX века, изначально создавалась для регулирования сезонных водных ресурсов рек с целью выработки электроэнергии. Она быстро развивалась и постепенно созрела на фоне ускоренной индустриализации и строительства атомных электростанций.
Принцип действия очень прост. На горе и у её подножия построены два водохранилища. С наступлением ночи или выходных спрос на электроэнергию снижается, и дешёвая и избыточная электроэнергия используется для перекачки воды в расположенное выше по течению водохранилище; когда потребление электроэнергии достигает пика, вода сбрасывается для выработки электроэнергии, что позволяет перераспределять электроэнергию во времени и пространстве.
Гидроаккумулирующие электростанции, как технология хранения энергии, существующая уже более века, в процессе «двойной углеродной энергетики» получили новую задачу. Когда мощность фотоэлектрических и ветроэнергетических установок высока, а спрос на электроэнергию снижается, гидроаккумулирующие электростанции могут накапливать избыток электроэнергии. При увеличении спроса на электроэнергию, избыток высвобождается, помогая энергосистеме достичь баланса спроса и предложения.
Это гибкая и надежная система с быстрым запуском и остановкой. От запуска до полной выработки электроэнергии проходит менее 4 минут. В случае крупномасштабной аварии в энергосистеме гидроаккумулирующая электростанция может быстро запуститься и восстановить электроснабжение. Она считается последней «спичкой», способной осветить темную энергосистему.
Гидроаккумулирующие электростанции, являясь одной из наиболее зрелых и широко используемых технологий хранения энергии, в настоящее время представляют собой крупнейшую в мире «батарею», на долю которой приходится более 86% установленной мощности систем хранения энергии в мире. По сравнению с новыми системами хранения энергии, такими как электрохимические системы и водородные системы, гидроаккумулирующие электростанции обладают преимуществами стабильной технологии, низкой стоимости и большой мощности.
Гидроаккумулирующая электростанция имеет расчетный срок службы 40 лет. Она может работать от 5 до 7 часов в день и непрерывно производить подачу воды. В качестве «топлива» она использует воду, имеет низкие эксплуатационные и технические затраты и не подвержена колебаниям цен на сырье, такое как литий, натрий и ванадий. Ее экономические преимущества и возможности обслуживания имеют решающее значение для снижения стоимости экологически чистой электроэнергии и сокращения выбросов углекислого газа в энергосистеме.
В июле 2024 года в провинции Гуандун был официально опубликован первый в стране провинциальный план внедрения гидроаккумулирующих электростанций на энергетическом рынке. Гидроаккумулирующие электростанции будут торговать всей электроэнергией на спотовом рынке по новой схеме «ценообразование по объему и цене», а также эффективно и гибко использовать схемы «перекачка воды для хранения электроэнергии» и «сброс воды для получения электроэнергии», играя новую роль хранилища и доступа к новым источникам энергии, таким как «банк зеленой электроэнергии», и открывая новый путь к получению рыночных преимуществ.
«Мы будем научно разрабатывать стратегии ценообразования, активно участвовать в торговле электроэнергией, повышать комплексную эффективность энергоблоков и стремиться получать выгоду от электроэнергии и тарифов на нее, одновременно способствуя увеличению доли потребления новых источников энергии», — заявил Ван Бэй, заместитель генерального директора Департамента планирования и финансирования систем хранения энергии Южной энергетической сети.
Зрелые технологии, огромная мощность, гибкие возможности хранения и доступа, длительный срок службы, низкая стоимость на протяжении всего жизненного цикла и постоянно совершенствующиеся рыночно-ориентированные механизмы сделали гидроаккумулирующие электростанции наиболее экономичным и практичным «универсальным» решением в процессе энергетической революции, играющим ключевую роль в содействии эффективному использованию возобновляемой энергии и обеспечении безопасности и стабильности энергосистемы.
Спорные крупные проекты
На фоне национальной перестройки энергетической структуры и стремительного развития возобновляемых источников энергии в Китае разразился строительный бум гидроаккумулирующих электростанций. В первом полугодии 2024 года совокупная установленная мощность гидроаккумулирующих электростанций в Китае достигла 54,39 млн киловатт, а темпы роста инвестиций увеличились на 30,4 процентных пункта по сравнению с аналогичным периодом прошлого года. В ближайшие десять лет инвестиционный потенциал гидроаккумулирующих электростанций в нашей стране приблизится к одному триллиону юаней.
В августе 2024 года ЦК КПК и Государственный совет опубликовали «Мнения об ускорении всеобъемлющей «зеленой» трансформации экономического и социального развития». К 2030 году установленная мощность гидроаккумулирующих электростанций превысит 120 миллионов киловатт.
Хотя возможности и появляются, они также порождают проблему перегрева инвестиций. Строительство гидроаккумулирующих электростанций — это сложная и трудоемкая инженерная задача, включающая множество звеньев, таких как регулирование, подготовительные работы и получение разрешений. В условиях инвестиционного бума некоторые местные органы власти и владельцы часто игнорируют научный подход к выбору площадки и насыщению мощностей, чрезмерно стремясь к скорости и масштабу реализации проекта, что приводит к ряду негативных последствий.
При выборе площадки для гидроаккумулирующих электростанций необходимо учитывать геологические условия, географическое расположение (близость к центру потребления, близость к энергетической базе), экологические нормы, перепад высот, вопросы землепользования, миграции и другие факторы. Неразумное планирование и компоновка приведут к тому, что строительство электростанций будет не соответствовать реальным потребностям энергосистемы или окажется невозможным. Это не только создаст трудности с оплатой строительства и эксплуатации, но и может привести к проблемам, таким как нарушение экологических норм во время строительства; а после завершения строительства, если технические характеристики, эксплуатационные расходы и техническое обслуживание не будут соответствовать стандартам, это создаст угрозу безопасности.
«В некоторых случаях выбор площадки для отдельных проектов по-прежнему является необоснованным», — сказал Лэй Синчунь, заместитель генерального директора департамента инфраструктуры компании Southern Grid Energy Storage Company. — «Суть гидроаккумулирующей электростанции заключается в удовлетворении потребностей энергосистемы и обеспечении доступа к новой энергии. Выбор площадки и мощности гидроаккумулирующей электростанции должен определяться с учетом характеристик распределения электроэнергии, особенностей работы энергосистемы, распределения нагрузки и структуры энергоснабжения».
«Проект масштабный и требует значительных первоначальных инвестиций. В связи с этим особенно важно усилить взаимодействие и координацию с ведомствами, занимающимися природными ресурсами, охраной окружающей среды, лесным хозяйством, пастбищами, водным хозяйством и другими, а также обеспечить согласованность с «красной линией» охраны окружающей среды и соответствующими планами», — добавил Цзян Шувэнь, руководитель отдела планирования компании Southern Grid Energy Storage Company.
Инвестиции в строительство в десятки миллиардов или даже десятки миллиардов долларов, площадь застройки водохранилищ в сотни гектаров и срок строительства от 5 до 7 лет — вот причины, по которым многие критикуют гидроаккумулирующие электростанции за то, что они не являются «экономичными и экологически чистыми» по сравнению с другими видами хранения энергии.
Однако на самом деле, по сравнению с ограниченным временем разряда и 10-летним сроком службы химических накопителей энергии, фактический срок службы гидроаккумулирующих электростанций может достигать 50 лет и даже больше. Благодаря большой емкости накопителей энергии, неограниченной частоте перекачки и более низкой стоимости киловатт-часа, их экономическая эффективность по-прежнему значительно выше, чем у других типов накопителей энергии.
Чжэн Цзин, старший инженер Китайского института планирования и проектирования водных ресурсов и гидроэнергетики, провел исследование: «Анализ экономической эффективности проекта показывает, что удельная стоимость киловатт-часа для гидроаккумулирующих электростанций составляет 0,207 юаня/кВт·ч. Удельная стоимость киловатт-часа для электрохимических накопителей энергии составляет 0,563 юаня/кВт·ч, что в 2,7 раза выше, чем у гидроаккумулирующих электростанций».
«В последние годы масштабы электрохимического хранения энергии стремительно растут, но при этом таятся различные скрытые опасности. Необходимо постоянно продлевать срок службы, снижать себестоимость единицы продукции, увеличивать масштабы электростанций и разрабатывать функции фазового регулирования с целью обеспечения безопасности, чтобы система могла конкурировать с гидроаккумулирующими электростанциями», — отметил Чжэн Цзин.
Построить электростанцию, благоустроить территорию.
Согласно данным компании Southern Power Grid Energy Storage, в первом полугодии 2024 года совокупная выработка электроэнергии гидроаккумулирующими электростанциями в южном регионе составила почти 6 миллиардов кВт·ч, что эквивалентно потреблению электроэнергии 5,5 миллионами бытовых потребителей за полугодие, увеличившись на 1,3% по сравнению с аналогичным периодом прошлого года; количество запусков энергоблоков превысило 20 000 раз, увеличившись на 20,9% по сравнению с прошлым годом. В среднем каждый энергоблок каждой электростанции вырабатывает пиковую мощность более 3 раз в сутки, внося важный вклад в стабильное поступление чистой энергии в электросеть.
Стремясь помочь энергосистеме улучшить возможности хранения энергии для сглаживания пиковых нагрузок и обеспечить экологически чистую электроэнергию для социально-экономического развития, компания Southern Power Grid Energy Storage致力于 занимается строительством современных электростанций и предоставлением экологически чистых и природоохранных продуктов для местного населения, ориентированных на «зеленые, открытые и доступные» решения.
Каждую весну горы покрываются цветущей сакурой. Велосипедисты и туристы приезжают в район Яньтянь города Шэньчжэнь, чтобы полюбоваться ею. Отражаясь в озере и горах, прогуливаясь по морю цветущей сакуры, они словно оказываются в раю. Это верхнее водохранилище Шэньчжэньской гидроаккумулирующей электростанции, первой в стране гидроаккумулирующей электростанции, построенной в центре города, и «горно-морской парк», который так любят туристы.
В проектирование Шэньчжэньской гидроаккумулирующей электростанции с самого начала были включены концепции «зеленой» экологии. Одновременно с проектом были спроектированы, построены и введены в эксплуатацию природоохранные и водосберегающие сооружения и оборудование. Проект был удостоен таких наград, как «Национальный качественный проект» и «Национальный демонстрационный проект по сохранению почв и водных ресурсов». После ввода электростанции в эксплуатацию компания China Southern Power Grid Energy Storage модернизировала ландшафт верхней части водохранилища, подвергшийся «деиндустриализации», в соответствии со стандартами экологического парка и в сотрудничестве с администрацией района Яньтянь высадила вокруг водохранилища цветущие вишни, создав визитную карточку Яньтяня как «города гор, моря и цветов».
Акцент на охране окружающей среды не является особенностью Шэньчжэньской гидроаккумулирующей электростанции. Компания China Southern Power Grid Energy Storage разработала строгие системы управления экологически чистым строительством и стандарты оценки на протяжении всего процесса строительства проекта; каждый проект учитывает окружающую природную среду, культурные особенности и соответствующие планы местных властей, а также предусматривает специальные расходы на восстановление и улучшение экологической обстановки в рамках природоохранного бюджета, чтобы обеспечить гармоничную интеграцию промышленного ландшафта проекта и окружающей экологической среды.
«К выбору площадки для гидроаккумулирующих электростанций предъявляются относительно высокие требования. Чтобы избежать нарушения экологических норм, если на строительной площадке встречаются редкие охраняемые виды растений или старые деревья, необходимо заранее связаться с лесным управлением и под его руководством принять меры по охране или защите от миграции», — сказал Цзян Шувэнь.
На каждой гидроаккумулирующей электростанции компании Southern Power Grid Energy Storage можно увидеть огромный электронный дисплей, на котором в режиме реального времени отображаются данные об уровне отрицательных ионов, качестве воздуха, ультрафиолетовом излучении, температуре, влажности и т.д. «Мы сами попросили их следить за этим, чтобы заинтересованные стороны могли четко видеть качество окружающей среды на электростанции», — сказал Цзян Шувэнь. «После строительства гидроаккумулирующих электростанций Янцзян и Мэйчжоу цапли, известные как «птицы-наблюдатели за окружающей средой», стали собираться группами, что является наиболее наглядным способом оценки качества экологической среды, например, качества воздуха и воды в водохранилищах на территории электростанции».
С момента строительства первой крупной гидроаккумулирующей электростанции в Китае, в Гуанчжоу, в 1993 году, компания Southern Power Grid Energy Storage накопила богатый опыт в реализации экологически чистых проектов на протяжении всего жизненного цикла. В 2023 году компания выпустила документ «Методы управления экологически чистым строительством и показатели оценки для гидроаккумулирующих электростанций», в котором были уточнены обязанности и стандарты оценки экологически чистого строительства всех участвующих в проекте подразделений в процессе строительства. Документ содержит практические цели и методы реализации, что имеет большое значение для руководства отраслью в вопросах защиты окружающей среды.
Гидроаккумулирующие электростанции строятся с нуля, и многие технологии и методы управления не имеют аналогов. Они опираются на лидеров отрасли, таких как Southern Power Grid Energy Storage, которые стимулируют производственные цепочки, постоянно внедряя инновации, проводя исследования и проверки, а также поэтапно продвигая модернизацию отрасли. Экологическая защита также является неотъемлемой частью устойчивого развития гидроаккумулирующей энергетики. Это не только отражает ответственность компании, но и подчеркивает «зеленую» ценность и ценность этого экологически чистого проекта по хранению энергии.
Часы углеродной нейтральности звенят, и развитие возобновляемой энергетики продолжает достигать новых прорывов. Роль гидроаккумулирующих электростанций как «регуляторов», «энергетических блоков» и «стабилизаторов» в балансировке нагрузки энергосистемы становится все более значимой.
Дата публикации: 05 февраля 2025 г.
