抽水蓄能在新型電力系統(tǒng)中發(fā)展的思考

倪晉兵，張云飛

（國網(wǎng)新源控股有限公司抽水蓄能技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院，北京市 100761）

0 引言

構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是推動可持續(xù)發(fā)展、實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的重要舉措。抽水蓄能作為新型電力系統(tǒng)的重要組成部分，具有保障大電網(wǎng)安全、服務(wù)清潔能源消納和促進(jìn)電力系統(tǒng)優(yōu)化運行三大作用，是目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛、經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的靈活性調(diào)節(jié)電源，在能源清潔低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展過程中充當(dāng)著重要角色。

自《國家發(fā)展改革委關(guān)于進(jìn)一步完善抽水蓄能價格形成機(jī)制的意見》[1]及《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021-2035）》[2]發(fā)布以來，社會各界就抽水蓄能在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)中的重要作用和進(jìn)一步加快開發(fā)抽水蓄能已形成廣泛共識，對抽水蓄能的關(guān)注和參與也呈現(xiàn)出前所未有的新局面。本文在新型電力系統(tǒng)規(guī)劃對抽水蓄能優(yōu)化配置的重要意義、抽水蓄能與新型儲能的協(xié)同發(fā)展、電價機(jī)制對抽水蓄能發(fā)展的影響和抽水蓄能的碳減排作用方面提出了一些思考，旨在為抽水蓄能在新型電力系統(tǒng)中的科學(xué)健康發(fā)展提供部分建議。

1 加強(qiáng)新型電力系統(tǒng)規(guī)劃對抽水蓄能發(fā)展的引領(lǐng)

構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，需要同時考慮電力安全穩(wěn)定、新能源比例不斷提高、系統(tǒng)成本合理三個方面的協(xié)調(diào)，需要處理好火電機(jī)組清潔轉(zhuǎn)型、風(fēng)光等可再生能源有序滲透、電網(wǎng)協(xié)調(diào)互濟(jì)能力建設(shè)、靈活性資源合理配置等方面的關(guān)系?？茖W(xué)規(guī)劃新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建路徑是實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的基礎(chǔ)，也是新型電力系統(tǒng)中各主體發(fā)展的邊界和指南。

截至2021年底，我國煤電裝機(jī)容量超過11億kW，占發(fā)電總裝機(jī)容量23.78億kW的46.67%，煤電發(fā)電量50426億kW·h，占總發(fā)電量83959億kW·h的60.06%，約占能源活動CO2排放量103億t的40%，約占CO2總排放量110億t的35%，減排壓力巨大，需要在確保供應(yīng)安全的情況下有序減量減容。風(fēng)光裝機(jī)容量6.35億kW，僅占技術(shù)可開發(fā)總量57億kW的11.14%，發(fā)電量9828億kW·h，僅占總發(fā)電量的11.7%，裝機(jī)及發(fā)電量具有巨大的提升空間，需要在電網(wǎng)中加速滲透。系統(tǒng)靈活性資源嚴(yán)重缺乏，抽水蓄能、燃?xì)獍l(fā)電等靈活調(diào)節(jié)電源裝機(jī)容量為14533萬kW，占總裝機(jī)容量的6.1%，尤其是抽水蓄能作為綠色清潔的靈活性調(diào)節(jié)電源，裝機(jī)容量3639萬kW，僅占總裝機(jī)容量的1.53%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于歐洲、日本等發(fā)達(dá)國家4%～8%的水平，需全力加快開發(fā)建設(shè)。除此之外，增加系統(tǒng)靈活性的措施還包括新能源的出力預(yù)測、負(fù)荷側(cè)的需求管理、火電機(jī)組靈活性改造等。在這種情況下，各主體的協(xié)調(diào)發(fā)展、資源的優(yōu)化配置、經(jīng)濟(jì)成本的節(jié)約均需從更大范圍和更長時間尺度上進(jìn)行統(tǒng)籌，并制定科學(xué)合理的規(guī)劃。

進(jìn)入“十四五”以來，國家相繼發(fā)布了《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021-2035）》《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》[3]《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》[4]等文件，但都局限于本行業(yè)領(lǐng)域，對于電力行業(yè)整體統(tǒng)籌和指導(dǎo)意義較大的電力發(fā)展“十四五”規(guī)劃也尚未發(fā)布。亟需國家主管部門組織開展構(gòu)建新型電力系統(tǒng)實現(xiàn)路徑的研究工作，加快編制新型電力系統(tǒng)建設(shè)的中長期規(guī)劃，以指導(dǎo)電力行業(yè)其他規(guī)劃的制定和滾動調(diào)整，達(dá)到優(yōu)化配置資源的目的。抽水蓄能作為電力系統(tǒng)中重要的清潔靈活性調(diào)節(jié)電源，其開發(fā)容量和布局與煤電未來減量減容的進(jìn)程、新能源在電力系統(tǒng)中滲透比例和其他靈活性資源配置的方案均存在緊密聯(lián)系，加之本身建設(shè)周期長、投資規(guī)模大，更應(yīng)加強(qiáng)規(guī)劃引領(lǐng)、充分考慮自身開發(fā)與新型電力系統(tǒng)建設(shè)需求的銜接。

2 抽水蓄能與新型儲能的協(xié)同發(fā)展

隨著風(fēng)光等新能源在新型電力系統(tǒng)中的高比例滲透，為應(yīng)對新能源出力不連續(xù)、不穩(wěn)定等問題，需要配置一定比例的儲能保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。我國風(fēng)電、光電總裝機(jī)容量在2030年將達(dá)到12億kW以上，按照15%配置儲能的規(guī)模估算，至少需要匹配1.8億kW的儲能。目前新型儲能和抽水蓄能的發(fā)展規(guī)模都相對滯后，截至2021年底，我國已投運的新型儲能573萬kW，抽水蓄能裝機(jī)容量3639萬kW，需要在未來共同發(fā)力、協(xié)同發(fā)展，以滿足電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)需求。

新型儲能包括電化學(xué)儲能、飛輪、壓縮空氣、氫（氨）儲能等。各類新型儲能電站大多具有建設(shè)周期短，選址簡單靈活的優(yōu)點，但目前經(jīng)濟(jì)性尚不理想。電化學(xué)儲能規(guī)模通常為10～100MW級，響應(yīng)速度在幾十至幾百毫秒、能量密度高、調(diào)節(jié)精度好，但規(guī)?；l(fā)展受到安全環(huán)保的制約，主要適合分布式調(diào)峰應(yīng)用場景，通常接入中低壓配網(wǎng)或新能源場站側(cè)，在技術(shù)上適合頻繁快速調(diào)節(jié)環(huán)境。壓縮空氣儲能以空氣為介質(zhì)，具有容量大、充放電次數(shù)多、壽命長的特點，但目前效率相對較低，壓縮空氣儲能是與抽水蓄能最為類似的儲能技術(shù)，對于沙漠戈壁荒漠等不適宜布置抽水蓄能的地區(qū)，壓縮空氣儲能的布置能夠有效配合大型風(fēng)光基地新能源的消納，發(fā)展?jié)摿^大。氫能作為可再生能源規(guī)?；咝Ю玫闹匾d體，其大規(guī)模、長周期儲能的特點能夠促進(jìn)異質(zhì)能源跨地域和跨季節(jié)優(yōu)化配置，是未來國家能源體系的重要組成部分，具有廣闊的應(yīng)用前景。

與之相比，抽水蓄能電站技術(shù)成熟度高、容量大、壽命長、可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好，適用于調(diào)峰容量需求或調(diào)峰電量需求較大的場景，并以較高電壓等級接入主網(wǎng)中?？紤]到新型電力系統(tǒng)的多樣化調(diào)節(jié)需求，抽水蓄能的多樣化發(fā)展也應(yīng)被重視。一是加強(qiáng)中小型抽水蓄能的開發(fā)，中小型抽水蓄能具有站點資源豐富、布局靈活、距離負(fù)荷中心近、與分布式新能源結(jié)合緊密等優(yōu)勢，是抽水蓄能開發(fā)的重要補(bǔ)充。二是因地制宜開發(fā)混合式抽水蓄能，我國常規(guī)水電開發(fā)程度高，站址資源豐富，利用合適的水電站址，通過增建可逆機(jī)組開發(fā)混合式抽水蓄能電站可以縮短建設(shè)周期，利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，節(jié)省工程量和建設(shè)投資?；旌鲜匠樗钅茈娬臼褂贸Ｒ?guī)水電上、下水庫，調(diào)節(jié)容量大，連續(xù)發(fā)電或抽水運行時間長，可以進(jìn)行周、旬、季調(diào)節(jié)，同時還能通過提高平均運行水位和發(fā)電水頭優(yōu)化常規(guī)水電站水庫調(diào)度運行方式，進(jìn)而提高水能利用效率。三是探索海水抽水蓄能的開發(fā)和應(yīng)用，大規(guī)模海上風(fēng)電的并網(wǎng)消納需要就近配置相應(yīng)的靈活性調(diào)節(jié)資源，根據(jù)2017年發(fā)布的《關(guān)于發(fā)布海水抽水蓄能電站資源普查成果的通知》[5]顯示，我國東部沿海5省和南部沿海3省的近海及所屬島嶼區(qū)域的海水抽水蓄能資源達(dá)到4208.3萬kW，擁有較好的開發(fā)前景。

在我國電力系統(tǒng)靈活性資源嚴(yán)重缺乏的現(xiàn)狀下，抽水蓄能與新型儲能都具有廣闊的發(fā)展前景，應(yīng)根據(jù)各自技術(shù)特點的差異，結(jié)合區(qū)域電力系統(tǒng)的實際需求，以安全穩(wěn)定、清潔能源消納等邊界條件為約束，在容量和布局上進(jìn)行協(xié)同布置以達(dá)到最優(yōu)效果。

3 電價機(jī)制對抽水蓄能發(fā)展的影響

抽水蓄能服務(wù)整個電力系統(tǒng)，包括電源、電網(wǎng)、用戶均為受益對象，且各方受益特點表現(xiàn)出非競爭性和非排他性，從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度來看，抽水蓄能提供的產(chǎn)品屬于電力系統(tǒng)公共產(chǎn)品，并為電力系統(tǒng)高效運行提供公共服務(wù)。

電力體制改革前，國家先后發(fā)布政策明確抽水蓄能主要服務(wù)于電網(wǎng)，主要由電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)統(tǒng)一運行或租賃運營。當(dāng)時，政府統(tǒng)一制定上網(wǎng)電價、銷售電價，電網(wǎng)的主要收入來源于購銷價差，已有政策實質(zhì)上是明確了抽水蓄能的成本從電網(wǎng)購銷價差回收，統(tǒng)一了疏導(dǎo)渠道。

輸配電價改革以后，《國家發(fā)展改革委關(guān)于完善抽水蓄能電站價格形成機(jī)制有關(guān)問題的通知》明確抽水蓄能實行兩部制電價，按照合理成本加準(zhǔn)許收益的原則核定。抽水蓄能電站容量電費和抽發(fā)損耗納入當(dāng)?shù)厥〖夒娋W(wǎng)（或區(qū)域電網(wǎng)）運行費用統(tǒng)一核算，作為銷售電價調(diào)整因素統(tǒng)籌考慮，但成本傳導(dǎo)的渠道并未理順。隨后國家發(fā)展改革委于2016年、2019年先后發(fā)布文件規(guī)定抽水蓄能電站相關(guān)費用不納入電網(wǎng)企業(yè)準(zhǔn)許收益、抽水蓄能電站費用不得計入輸配電定價成本，更是進(jìn)一步切斷了抽水蓄能成本疏導(dǎo)的途徑。加之彼時對抽水蓄能功能定位認(rèn)識不足、投資主體單一，抽水蓄能在“十三五”期間的發(fā)展規(guī)模遠(yuǎn)低于預(yù)期。

面對這種困境，《國家發(fā)展改革委關(guān)于進(jìn)一步完善抽水蓄能價格形成機(jī)制的意見》[6]于2021年5月重磅推出，該政策對抽水蓄能電價政策進(jìn)行了科學(xué)界定，一方面結(jié)合抽水蓄能公共屬性強(qiáng)、無法通過電量回收成本的客觀事實，采用經(jīng)營期定價法核定了容量電價并通過輸配電價回收；另一方面結(jié)合電力市場改革的步伐，對電量電價做了現(xiàn)貨市場的探索。政策的出臺有力激發(fā)了社會主體的投資意愿，為抽水蓄能的快速發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。據(jù)統(tǒng)計，目前投運、在建、推進(jìn)抽水蓄能項目容量已經(jīng)達(dá)到1.3億kW。

與傳統(tǒng)的化石能源發(fā)電方式相比，風(fēng)光等新能源的發(fā)電邊際成本幾乎為零，但對應(yīng)的系統(tǒng)消納成本巨大且缺乏分?jǐn)偤蛡鲗?dǎo)的機(jī)制。在此情況下，在能源轉(zhuǎn)型過程中，對于抽水蓄能等公共屬性較強(qiáng)的資源在發(fā)展前期需要政策的支持和引導(dǎo)才能保證產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。在我國抽水蓄能開發(fā)規(guī)模相對落后，碳達(dá)峰、碳中和窗口期時間較短的客觀環(huán)境下，新電價政策的出臺起到了對抽水蓄能產(chǎn)業(yè)發(fā)展重要的推動作用。

能源供給側(cè)從常規(guī)化石能源向間歇性可再生能源的轉(zhuǎn)型，決定了電力價格的主要成本從化石燃料的成本向可再生能源和靈活性調(diào)節(jié)資源建設(shè)的成本轉(zhuǎn)變。由于轉(zhuǎn)型的艱巨性和長期性，我國以煤為主的電力生產(chǎn)體系與可再生能源為主體的新型電力系統(tǒng)的建立過程將長期共存，這就要求我們更要堅定碳達(dá)峰碳中和的氣候目標(biāo)，在能源轉(zhuǎn)型初期，對推動能源清潔轉(zhuǎn)型有巨大貢獻(xiàn)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，要以政策驅(qū)動為主、市場驅(qū)動為輔，減少資本逐利對整體戰(zhàn)略的干擾和錯誤引導(dǎo)，保證能源清潔低碳轉(zhuǎn)型的正確方向。

隨著可再生能源充分發(fā)展并逐步成為電力供給主體，我國電力市場的建設(shè)也不斷完善成熟，靈活性調(diào)節(jié)資源將成為新型電力系統(tǒng)中的主要需求，抽水蓄能以及新型儲能等主體的供給也更加充分，屆時可再生能源和靈活性調(diào)節(jié)資源的建設(shè)將主要由市場力量驅(qū)動，抽水蓄能等主體的價格機(jī)制將真正反映市場供求關(guān)系，體現(xiàn)充分的競爭性。

4 正確認(rèn)識抽水蓄能的碳減排作用

抽水蓄能電站具有顯著的節(jié)能減排效益。在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，抽水蓄能節(jié)能減排的作用主要體現(xiàn)在兩個方面。一是在系統(tǒng)中代替火電進(jìn)行調(diào)峰，負(fù)荷高峰時發(fā)電，減少調(diào)峰火電機(jī)組的啟停次數(shù)，負(fù)荷低谷時抽水，使火電機(jī)組壓負(fù)荷幅度降低，從而起到節(jié)能減排的作用。二是發(fā)揮調(diào)頻、調(diào)相、旋轉(zhuǎn)備用和事故備用等安全穩(wěn)定支撐作用以及代替火電機(jī)組進(jìn)行事故備用時，使系統(tǒng)中所有火電機(jī)組的負(fù)荷率升高，從而降低火電機(jī)組煤耗，達(dá)到節(jié)能減排的作用。

隨著新能源在新型電力系統(tǒng)中的高比例滲透，抽水蓄能的節(jié)能減排作用在已有基礎(chǔ)上呈現(xiàn)出新的特點，一方面是發(fā)揮更大的調(diào)峰作用助力大規(guī)模風(fēng)光等新能源并網(wǎng)消納，對系統(tǒng)整體產(chǎn)生巨大的減排效益；另一方面是發(fā)揮調(diào)頻、調(diào)相、旋轉(zhuǎn)備用等安全穩(wěn)定支撐作用幫助系統(tǒng)克服新能源的出力不穩(wěn)定和高比例電力電子設(shè)備帶來的轉(zhuǎn)動慣量缺失等問題，進(jìn)一步提高新能源在電力系統(tǒng)中的滲透比例，從而減少化石能源消費帶來的排放。

我國實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的時間緊、任務(wù)重。國家發(fā)展改革委發(fā)布《關(guān)于完善能源消費強(qiáng)度和總量雙控制度方案》[7]向全國各地下達(dá)控排指標(biāo)以合理控制能源消費，因此能夠起到減排作用的主體應(yīng)得到正確的評價和應(yīng)有的重視。但就目前來看，抽水蓄能的碳減排效益并未得到正確認(rèn)識，個別碳排放權(quán)交易試點地區(qū)根據(jù)企業(yè)（單位）二氧化碳排放核算和報告指南對抽水蓄能電站進(jìn)行碳排放核算，并把全部抽水電量作為排放計算基數(shù)，使抽水蓄能電站變成了“重點排放單位”，給抽水蓄能電站正常經(jīng)營帶來了諸多不便，也給社會公眾造成了極大的誤解。

在抽水蓄能碳方法學(xué)尚未明確的階段，建議將設(shè)計轉(zhuǎn)換效率作為抽水蓄能電站能耗管理的主要控制指標(biāo)，以減少對抽水蓄能健康發(fā)展的制約。為達(dá)到正確認(rèn)識抽水蓄能的碳減排作用、理順其能耗管理機(jī)制的目的，應(yīng)結(jié)合抽水蓄能對電力系統(tǒng)的整體碳減排效益開展量化研究，建立適用的方法學(xué)，科學(xué)評價抽水蓄能的碳減排作用。