Att bygga ett nytt kraftsystem är ett komplext och systematiskt projekt. Det måste ta hänsyn till samordningen av elsäkerhet och stabilitet, den ökande andelen ny energi och samtidigt systemets rimliga kostnad. Det måste hantera förhållandet mellan ren omvandling av värmekraftverk, ordnad penetration av förnybar energi som vind och regn, samordning av elnät och ömsesidig hjälpkapacitet samt rationell fördelning av flexibla resurser. Den vetenskapliga planeringen av byggvägen för det nya kraftsystemet är grunden för att uppnå målet om koldioxidtoppning och koldioxidneutralisering, och är också gränsen och vägledningen för utvecklingen av olika enheter i det nya kraftsystemet.
I slutet av 2021 kommer den installerade kolkraftkapaciteten i Kina att överstiga 1,1 miljarder kilowatt, vilket motsvarar 46,67 % av den totala installerade kapaciteten på 2,378 miljarder kilowatt, och den genererade kolkraftkapaciteten kommer att vara 5 042,6 miljarder kilowattimmar, vilket motsvarar 60,06 % av den totala genererade kapaciteten på 8 395,9 miljarder kilowattimmar. Pressen på utsläppsminskningar är enorm, så det är nödvändigt att minska kapaciteten för att säkerställa leveranssäkerheten. Den installerade kapaciteten för vind- och solkraft är 635 miljoner kilowatt, vilket motsvarar endast 11,14 % av den totala tekniskt utvecklingsbara kapaciteten på 5,7 miljarder kilowatt, och kraftproduktionskapaciteten är 982,8 miljarder kilowattimmar, vilket motsvarar endast 11,7 % av den totala kraftproduktionskapaciteten. Den installerade kapaciteten och kraftproduktionskapaciteten för vind- och solkraft har stort utrymme för förbättring och behöver påskynda penetrationen i elnätet. Det finns en allvarlig brist på resurser för systemflexibilitet. Den installerade kapaciteten för flexibla reglerade kraftkällor som pumpkraftverk och gaskraftverk står endast för 6,1 % av den totala installerade kapaciteten. I synnerhet är den totala installerade kapaciteten för pumpkraftverk 36,39 miljoner kilowatt, vilket endast motsvarar 1,53 % av den totala installerade kapaciteten. Insatser bör göras för att påskynda utveckling och byggnation. Dessutom bör digital simuleringsteknik användas för att förutsäga produktionen av ny energi på utbudssidan, exakt styra och utnyttja potentialen för efterfrågestyrning och utöka andelen flexibel omvandling av stora brandgeneratorer. Förbättra elnätets förmåga att optimera resursallokeringen inom ett stort område för att hantera problemet med otillräcklig systemregleringskapacitet. Samtidigt kan vissa huvudenheter i systemet tillhandahålla tjänster med liknande funktioner, såsom att konfigurera energilagring och lägga till förbindelseledningar i elnätet kan förbättra det lokala kraftflödet, och konfigurering av pumpkraftverk kan ersätta vissa kondensorer. I detta fall är den samordnade utvecklingen av varje ämne, den optimala resursfördelningen och de ekonomiska kostnadsbesparingarna beroende av vetenskaplig och rimlig planering, och måste samordnas utifrån ett större perspektiv och en längre tidsram.
I den traditionella kraftsystemets era där "källa följer last" uppstår vissa problem med planeringen av elförsörjning och elnät i Kina. I den nya kraftsystemets era med gemensam utveckling av "källa, nät, last och lagring" förstärks vikten av gemensam planering ytterligare. Pumpkraft, som en viktig ren och flexibel kraftförsörjning i kraftsystemet, spelar en viktig roll för att säkerställa säkerheten i det stora elnätet, tjäna ren energiförbrukning och optimera systemdriften. Ännu viktigare är att vi bör stärka planeringsvägledningen och fullt ut beakta sambandet mellan vår egen utveckling och det nya kraftsystemets byggbehov. Sedan staten gick med i den "fjortonde femårsplanen" har den successivt utfärdat dokument som den medellång- och långsiktiga utvecklingsplanen för pumpkraftverk (2021-2035), den medellång- och långsiktiga utvecklingsplanen för vätgasindustrin (2021-2035) och utvecklingsplanen för förnybar energi för den "fjortonde femårsplanen" (FGNY [2021] nr 1445), men de är begränsade till denna industri. Den "fjortonde femårsplanen" för kraftutveckling, som är av stor betydelse för den övergripande planeringen och vägledningen av kraftindustrin, har inte officiellt offentliggjorts. Det föreslås att den nationella behöriga myndigheten bör utfärda en medellång- och långsiktig plan för byggandet av ett nytt kraftsystem för att vägleda formuleringen och den löpande anpassningen av andra planer inom kraftindustrin, för att uppnå målet att optimera resursfördelningen.
Synergistisk utveckling av pumplagring och ny energilagring
I slutet av 2021 hade Kina tagit i drift 5,7297 miljoner kilowatt ny energilagring, inklusive 89,7 % litiumjonbatterier, 5,9 % blybatterier, 3,2 % tryckluft och 1,2 % andra former. Den installerade kapaciteten för pumplagring är 36,39 miljoner kilowatt, mer än sex gånger så stor som för den nya typen av energilagring. Både ny energilagring och pumplagring är viktiga komponenter i det nya kraftsystemet. Den gemensamma anordning som finns i kraftsystemet kan ge spelrum åt deras respektive fördelar och ytterligare förbättra systemets reglerkapacitet. Det finns dock uppenbara skillnader mellan de två i funktion och tillämpningsscenarier.
Ny energilagring avser nya energilagringstekniker utöver pumplagring, inklusive elektrokemisk energilagring, svänghjul, tryckluft, vätelagring (ammoniak) etc. De flesta nya kraftverk har fördelarna med kort byggtid och enkelt och flexibelt platsval, men den nuvarande ekonomin är inte idealisk. Bland dessa är den elektrokemiska energilagringsskalan generellt 10~100 MW, med en svarshastighet på tiotals till hundratals millisekunder, hög energitäthet och god justeringsnoggrannhet. Den är främst lämplig för distribuerade toppjusteringsapplikationsscenarier, vanligtvis ansluten till lågspänningsdistributionsnätet eller nya kraftverkssidan, och tekniskt lämplig för frekventa och snabba justeringsmiljöer, såsom primärfrekvensmodulering och sekundärfrekvensmodulering. Tryckluftslagring använder luft som medium, vilket har egenskaper som stor kapacitet, många laddnings- och urladdningstider och lång livslängd. Strömeffektiviteten är dock relativt låg. Tryckluftslagring är den mest liknande energilagringstekniken till pumplagring. För öken, gobiöknen, öknen och andra områden där det inte är lämpligt att anordna pumplagring, kan anordnandet av tryckluftslagring effektivt samverka med förbrukningen av ny energi i storskaliga landskapsbaser, med stor utvecklingspotential. Vätgasenergi är en viktig bärare för storskalig och effektiv användning av förnybar energi. Dess storskaliga och långsiktiga energilagringsfunktioner kan främja optimal allokering av heterogen energi över regioner och årstider. Det är en viktig del av det framtida nationella energisystemet och har breda tillämpningsmöjligheter.
Pumpkraftverk har däremot hög teknisk mognad, stor kapacitet, lång livslängd, hög tillförlitlighet och god ekonomi. De är lämpliga för scenarier med stort behov av hög kapacitetsavskärning eller hög effektavskärning, och är anslutna till huvudnätet med en högre spänningsnivå. Med tanke på kraven på koldioxidtopp och koldioxidneutralisering och det faktum att de tidigare utvecklingsframstegen är relativt bakåtgående, för att påskynda utvecklingsframstegen för pumpkraftverk och uppnå kraven på snabb ökning av installerad kapacitet, har takten på standardiserad byggnation av pumpkraftverk i Kina accelererats ytterligare. Standardiserad konstruktion är en viktig åtgärd för att hantera olika svårigheter och utmaningar efter att pumpkraftverket går in i toppperioden för utveckling, konstruktion och produktion. Det bidrar till att påskynda framstegen inom utrustningstillverkning och förbättra kvaliteten, främja säkerheten och ordningen i infrastrukturbyggandet, förbättra effektiviteten i produktion, drift och förvaltning, och är en viktig garanti för utvecklingen av pumpkraftverk mot en lean-riktning.
Samtidigt värderas den diversifierade utvecklingen av pumpkraftverk också gradvis. Först och främst föreslår den medellång- och långsiktiga planen för pumpkraftverk att stärka utvecklingen av små och medelstora pumpkraftverk. Små och medelstora pumpkraftverk har fördelarna med rika platsresurser, flexibel layout, närhet till lastcentret och nära integration med distribuerad ny energi, vilket är ett viktigt komplement till utvecklingen av pumpkraftverk. Det andra är att utforska utvecklingen och tillämpningen av havsvattenpumpkraftverk. Den nätanslutna förbrukningen av storskalig havsbaserad vindkraft behöver konfigureras med motsvarande flexibla anpassningsresurser. Enligt meddelandet om publicering av resultaten av resursräkningen för havsvattenpumpkraftverk (GNXN [2017] nr 68) som utfärdades 2017, är Kinas havsvattenpumpkraftverk huvudsakligen koncentrerade till havs- och öområdena i de fem östra kustprovinserna och de tre södra kustprovinserna. Det har goda utvecklingsmöjligheter. Slutligen betraktas den installerade kapaciteten och utnyttjandetimmarna som en helhet i kombination med kravet på elnätsreglering. Med den ökande andelen ny energi och trenden att bli den viktigaste energikällan i framtiden, kommer hög kapacitet och långsiktig energilagring att bli ett absolut behov. På den kvalificerade stationsplatsen ska det beaktas att öka lagringskapaciteten och förlänga nyttjandetiden, och det ska inte vara föremål för begränsningar av faktorer som enhetskapacitetskostnadsindex och vara separerat från systemets efterfrågan.
I den nuvarande situationen där Kinas kraftsystem har allvarlig brist på flexibla resurser har pumplagring och ny energilagring därför breda utvecklingsmöjligheter. Beroende på skillnaderna i deras tekniska egenskaper, under förutsättning att man beaktar olika åtkomstscenarier fullt ut, i kombination med de faktiska behoven i det regionala kraftsystemet, och begränsat av säkerhet, stabilitet, ren energiförbrukning och andra randvillkor, bör man genomföra en gemensam utformning av kapacitet och utformning för att uppnå optimal effekt.
Elprismekanismens inverkan på utvecklingen av pumpkraftverk
Pumpkraftverk betjänar hela kraftsystemet, inklusive elförsörjning, elnät och användare, och alla parter gynnas av det på ett icke-konkurrenskraftigt och icke-exklusivt sätt. Ur ett ekonomiskt perspektiv är de produkter som pumpkraftverk tillhandahåller offentliga produkter i kraftsystemet och tillhandahåller offentliga tjänster för effektiv drift av kraftsystemet.
Innan reformen av elsystemet utfärdade staten policyer för att tydliggöra att pumpkraftverk huvudsakligen betjänar elnätet och huvudsakligen drivs av de elnätsdrivande företagen på ett enhetligt eller leasat sätt. Vid den tiden formulerade regeringen enhetligt elpriset och försäljningspriset för el till nätet. Elnätets huvudsakliga intäkter kom från skillnaden mellan inköps- och försäljningspriser. Den befintliga policyn definierade i huvudsak att kostnaden för pumpkraftverk skulle återvinnas från skillnaden mellan inköps- och försäljningspriser för elnätet, och enhetlig muddringskanal.
Efter reformen av elpriset för överföring och distribution klargjordes i den nationella utvecklings- och reformkommissionens meddelande om frågor relaterade till förbättring av prisbildningsmekanismen för pumpkraftverk (FGJG [2014] nr 1763) att det tvådelade elpriset tillämpades på pumpkraft, vilket verifierades enligt principen om rimlig kostnad plus tillåten inkomst. Kapacitetselavgiften och pumpförlusten för pumpkraftverk ingår i den enhetliga redovisningen av driftskostnaden för det lokala provinsiella elnätet (eller regionala elnätet) som en justeringsfaktor för försäljningselpriset, men kanalen för kostnadsöverföringen är inte uträtad. Därefter utfärdade den nationella utvecklings- och reformkommissionen successivt under 2016 och 2019, som föreskrev att de relevanta kostnaderna för pumpkraftverk inte ingår i den tillåtna inkomsten för elnätsföretag, och kostnaderna för pumpkraftverk ingår inte i överförings- och distributionsprissättningskostnaderna, vilket ytterligare begränsar vägen för att kanalisera kostnaden för pumpkraftverk. Dessutom var utvecklingsskalan för pumpkraftverk under den "13:e femårsplanen" betydligt lägre än väntat på grund av otillräcklig förståelse för pumpkraftverks funktionella placering vid den tidpunkten och på grund av att det endast var ett investeringsobjekt.
Inför detta dilemma lanserades i maj 2021 den nationella utvecklings- och reformkommissionens yttranden om ytterligare förbättring av prissättningsmekanismen för pumpkraft (FGJG [2021] nr 633). Denna policy har vetenskapligt definierat elprispolicyn för pumpkraft. Å ena sidan, i kombination med det objektiva faktum att pumpkraftens offentliga attribut är starkt och kostnaden inte kan täckas av el, användes driftsperiodens prissättningsmetod för att verifiera kapacitetspriset och täcka det genom överförings- och distributionspriset. Å andra sidan, i kombination med takten i elmarknadsreformen, utforskas spotmarknaden för elpris. Införandet av policyn har starkt stimulerat investeringsviljan hos samhällsaktörer och lagt en solid grund för en snabb utveckling av pumpkraft. Enligt statistik har kapaciteten hos pumpkraftprojekt som tagits i drift, är under uppbyggnad och är under marknadsföring nått 130 miljoner kilowatt. Om alla projekt som är under uppbyggnad och under marknadsföring tas i drift före 2030, är detta högre än förväntningen på "120 miljoner kilowatt kommer att tas i produktion senast 2030" i den medellångsiktiga och långsiktiga utvecklingsplanen för pumpkraftverk (2021-2035). Jämfört med traditionell fossil energiproduktion är marginalkostnaden för kraftproduktion av ny energi, såsom vindkraft och el, nästan noll, men motsvarande systemförbrukningskostnad är enorm och saknar mekanismer för allokering och överföring. I detta fall, i energiomvandlingsprocessen, för resurser med starka offentliga egenskaper, såsom pumpkraftverk, behövs politiskt stöd och vägledning i ett tidigt utvecklingsstadium för att säkerställa en snabb utveckling av industrin. I den objektiva miljön att Kinas pumpkraftverksutvecklingsskala är relativt efterblivna och koldioxidneutraliseringsperioden för koldioxidtopparna är relativt kort, har införandet av den nya elprispolitiken spelat en viktig roll för att främja utvecklingen av pumpkraftverksindustrin.
Omvandlingen av energiförsörjningssidan från konventionell fossil energi till intermittent förnybar energi innebär att den huvudsakliga kostnaden för elpriserna förändras från kostnaden för fossila bränslen till kostnaden för förnybar energi och flexibel reglering av resursuppbyggnad. På grund av omvandlingens svårigheter och långsiktiga natur kommer etableringsprocessen för Kinas kolbaserade kraftproduktionssystem och det nya kraftsystemet baserat på förnybar energi att samexistera under lång tid, vilket kräver att vi ytterligare stärker klimatmålet om koldioxidtoppning och koldioxidneutralisering. I början av energiomvandlingen bör infrastrukturbyggnation som har bidragit starkt till att främja ren energiomvandling vara policydriven och marknadsdriven. Minska störningar och felaktig vägledning från kapitalvinstsökande i den övergripande strategin och säkerställa rätt riktning för ren och koldioxidsnål energiomvandling.
Med den fulla utvecklingen av förnybar energi och den gradvisa utvecklingen av att bli den viktigaste kraftleverantören, förbättras och mognar även byggandet av Kinas kraftmarknad ständigt. Flexibla regleringsresurser kommer att bli den huvudsakliga efterfrågan i det nya kraftsystemet, och utbudet av pumpkraftverk och ny energilagring kommer att vara mer tillräckligt. Vid den tidpunkten kommer byggandet av förnybar energi och flexibla regleringsresurser huvudsakligen att drivas av marknadskrafter. Prismekanismen för pumpkraftverk och andra viktiga organ kommer verkligen att återspegla förhållandet mellan marknadens utbud och efterfrågan, vilket återspeglar full konkurrenskraft.
Förstå korrekt effekten av pumpad lagring av koldioxidutsläpp
Pumpkraftverk har betydande fördelar med energibesparingar och utsläppsminskning. I det traditionella kraftsystemet återspeglas pumpkraftverkets roll i energibesparing och utsläppsminskning huvudsakligen i två aspekter. Det första är att ersätta termisk kraft i systemet för toppbelastningsreglering, generera kraft vid toppbelastning, minska antalet starter och avstängningar av termiska kraftenheter för toppbelastningsreglering och pumpa vatten vid låg belastning, för att minska tryckbelastningsområdet för termiska kraftenheter och därmed spela en roll för energibesparing och utsläppsminskning. Det andra är att spela rollen som säkerhets- och stabilitetsstöd såsom frekvensmodulering, fasmodulering, rotationsreserv och nödreserv, och att öka belastningshastigheten för alla termiska kraftenheter i systemet när termiska kraftenheter ersätts för nödreserv, för att minska kolförbrukningen i termiska kraftenheter och uppnå rollen för energibesparing och utsläppsminskning.
Med byggandet av ett nytt kraftsystem visar pumpkraftverket nya egenskaper för energibesparing och utsläppsminskande effekter jämfört med den befintliga basen. Å ena sidan kommer det att spela en större roll i toppavjämningen för att underlätta storskalig vindkraft och annan ny energiansluten elförbrukning, vilket kommer att ge enorma utsläppsminskande fördelar för systemet som helhet. Å andra sidan kommer det att spela en säker och stabil stödjande roll, såsom frekvensmodulering, fasmodulering och roterande standby, för att hjälpa systemet att övervinna problem som instabil produktion av ny energi och bristande tröghet orsakad av den höga andelen kraftelektronisk utrustning, och ytterligare förbättra penetrationsandelen av ny energi i kraftsystemet, för att minska utsläpp orsakade av fossil energiförbrukning. De faktorer som påverkar regleringsbehovet för kraftsystemet inkluderar lastegenskaper, andelen ny elnätsanslutning och regional extern kraftöverföring. Med byggandet av ett nytt kraftsystem kommer effekten av ny elnätsanslutning på regleringsbehovet för kraftsystemet gradvis att överstiga lastegenskaperna, och pumpkraftverkets roll för koldioxidutsläppsminskning i denna process kommer att bli mer betydande.
Kina har kort tid och en tung uppgift att uppnå koldioxidtopp och koldioxidneutralisering. Den nationella utvecklings- och reformkommissionen utfärdade planen för förbättring av den dubbla kontrollen av energiförbrukningsintensitet och total mängd (FGHZ [2021] nr 1310) för att tilldela utsläppskontrollindikatorer till alla delar av landet för att rimligen kontrollera energiförbrukningen. Därför bör de ämnen som kan spela en roll i utsläppsminskningen utvärderas korrekt och ägnas vederbörlig uppmärksamhet. För närvarande har dock fördelarna med minskade koldioxidutsläpp med pumplagring inte erkänts korrekt. För det första saknar de relevanta enheterna den institutionella grunden, såsom koldioxidmetodik, inom energihanteringen för pumpkraftverk. För det andra är de funktionella principerna för pumpkraftverk inom andra delar av samhället utanför kraftindustrin fortfarande inte väl förstådda, vilket har lett till att vissa pilotprojekt för handel med koldioxidutsläpp för pumpkraftverk för närvarande redovisar koldioxidutsläpp enligt riktlinjerna för redovisning och rapportering av koldioxidutsläpp från företag (enheter), och använder all pumpad el som utsläppsberäkningsbas. Pumpkraftverket har blivit en "nyckelutsläppsenhet", vilket medför stora besvär för pumpkraftverkets normala drift och orsakar även stora missförstånd hos allmänheten.
För att på lång sikt korrekt förstå effekten av pumpkraftverk på koldioxidminskningen och räta ut dess mekanism för energiförbrukning, är det nödvändigt att etablera en tillämplig metod i kombination med de övergripande fördelarna med koldioxidminskningen av pumpkraftverk på kraftsystemet, kvantifiera fördelarna med koldioxidminskningen av pumpkraftverk och skapa en intern kompensation mot den otillräckliga kvoten, som kan användas för externa transaktioner på koldioxidmarknaden. På grund av den oklara starten av CCER och 5%-begränsningen för utsläppskompensation finns det dock också osäkerheter i metodutvecklingen. Baserat på den nuvarande faktiska situationen rekommenderas att den övergripande omvandlingseffektiviteten uttryckligen tas som den viktigaste kontrollindikatorn för den totala energiförbrukningen och energibesparingsmålen för pumpkraftverk på nationell nivå, för att minska begränsningarna för en sund utveckling av pumpkraftverk i framtiden.
Publiceringstid: 29 november 2022
