“雙碳”目標(biāo)下的抽水蓄能作用及意義

張志超

（內(nèi)蒙古赤峰抽水蓄能有限公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025361）

0 引言

為在2030 年前實現(xiàn)碳達(dá)峰，并在其后30 年內(nèi)實現(xiàn)碳中和這一環(huán)保目標(biāo)，國家出臺了《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021—2035 年）》（以下簡稱《規(guī)劃》），其中明確指出，“十四五”期間，抽水蓄能裝機(jī)的新增投產(chǎn)量要高于過去50 年[1]，且在“十五五”期間總量再翻一番?？梢?，作為電力系統(tǒng)的主要調(diào)節(jié)電源，抽水蓄能電站的建設(shè)意義重大，是實現(xiàn)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵，對我國“雙碳”目標(biāo)的達(dá)成有著重要影響。

1 實現(xiàn)“雙碳”的前提條件：實現(xiàn)電力“雙碳”

據(jù)分析，如果想要在2060 年前達(dá)成碳中和這一目標(biāo)，我國必須降低對化石能源的依賴性，利用可再生能源，發(fā)展新能源，從而實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展。但是，目前我國大規(guī)模使用可再生能源（如風(fēng)能、水能等）基本都是依靠發(fā)電這一渠道，可見電力零碳是實現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵所在?；诹闾茧娏?，通過電能來解決建筑行業(yè)、日常生活等其他方面的零碳問題，其中抽水蓄能在可再生能源中具有可人為調(diào)控的優(yōu)勢，對實現(xiàn)零碳電力有著極其重要的意義。在電力零碳方面，發(fā)達(dá)國家將其目光放在社會“碳中和”的前10～15年之內(nèi)，如美國承諾將在2050 年前實現(xiàn)碳中和，即在2035，美國就應(yīng)實現(xiàn)電力零碳[2]?？梢?，實現(xiàn)碳中和的前提在于電力碳中和，這是全世界各國公認(rèn)的實現(xiàn)碳中和的必經(jīng)之路。

各個國家的能源結(jié)構(gòu)有所不同，所以國際上對于電力碳達(dá)峰是否應(yīng)提前實現(xiàn)這一問題尚未做出統(tǒng)一結(jié)論，但我國已經(jīng)對其做出了實踐證明。早在2009年，當(dāng)時國內(nèi)煤價高企，大部分的煤電企業(yè)處于虧損狀態(tài)。在此情況下，電力企業(yè)再新建煤電的意愿不強(qiáng)，而轉(zhuǎn)向加大力度開發(fā)核電、風(fēng)電等。2011 年，日本福島核電站事故的發(fā)生一定程度上影響到我國的核電發(fā)展，因此我國在當(dāng)時將發(fā)展重點放在了水電、風(fēng)電上，不僅平衡了我國社會電力增長的需求，還使得我國在2013 年第一次達(dá)到了電力碳達(dá)峰。并且在后面的幾年時間內(nèi)，我國極大地減少了煤電發(fā)電，碳排放量逐漸減少。但在2017 年，我國電力行業(yè)的煤電發(fā)電量開始恢復(fù)增長，這也導(dǎo)致碳排放量逐漸上漲，使得我國減碳的勢頭逐漸放緩。

我國達(dá)到電力碳達(dá)峰后，情況又有轉(zhuǎn)變。2012年，由于我國煤炭行業(yè)產(chǎn)能過剩，出現(xiàn)了惡循環(huán)的煤炭降價，這一情況的發(fā)生讓我國煤電企業(yè)再建煤電的積極性加強(qiáng)，此時我國煤電審批權(quán)下放，使得新建煤電開始大批投產(chǎn)。總體來說，從我國首次實現(xiàn)電力碳達(dá)峰中可以看出，當(dāng)電力實現(xiàn)碳達(dá)峰后，能夠顯著帶動社會的碳達(dá)峰。因此，在當(dāng)前的“雙碳”目標(biāo)背景下，實現(xiàn)電力的“雙碳”至關(guān)重要。

2 抽水蓄能在實現(xiàn)電力零碳中的重要作用

在實現(xiàn)電力零碳的過程中，抽水蓄能發(fā)揮著重要的作用。未來主要能源是風(fēng)、水、光，通過蓄能調(diào)蓄，能夠有效解決清潔能源隨機(jī)性、間歇性與用電負(fù)荷間的矛盾[3]。而如今我國電化學(xué)儲能技術(shù)并沒有達(dá)到較高水平，暫時滿足不了電網(wǎng)大規(guī)模使用要求，且鋰電池技術(shù)在蓄能調(diào)蓄方面的安全性、耐久性不佳，無法充分滿足大規(guī)模電網(wǎng)儲能要求，如澳洲最大化學(xué)儲能電站曾出現(xiàn)火災(zāi)安全事故。氫能作為另一種儲能方式，也有著較好的應(yīng)用優(yōu)勢，但是由于電解水制氫能的成本偏高，不宜大規(guī)模使用。隨著科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，今后鋰電池儲能技術(shù)也許會有新的進(jìn)展和突破，或是氫能的儲能成本將會下降，但就目前來說，抽水蓄能是唯一可行的大規(guī)模儲能方式。

《規(guī)劃》中明確提出要加快抽水蓄能建設(shè)，體現(xiàn)了抽水蓄能的重要作用。當(dāng)前，我國風(fēng)、光裝機(jī)容量僅有6 億kW 左右，在此情況下，為了滿足風(fēng)、光裝機(jī)入網(wǎng)需要，我國除風(fēng)、光以外的16 億kW 左右裝機(jī)容量需要盡可能地為風(fēng)電、光伏入網(wǎng)提供調(diào)峰服務(wù)保障，其中有11 億kW 是煤電。在今后的發(fā)展過程中，我國風(fēng)、光裝機(jī)容量有可能增加1 倍以上，而其他各類電源不會有同比例的增加。在碳中和目標(biāo)背景下，我國風(fēng)、光裝機(jī)容量在2050 年應(yīng)超50 億kW?；诖耍覈仨毤哟蟪樗钅茈娬镜慕ㄔO(shè)力度，將其當(dāng)作儲能用的調(diào)峰電源，從而滿足大規(guī)模風(fēng)、光裝機(jī)入網(wǎng)需求。

3 抽水蓄能發(fā)展所處的“雙碳”目標(biāo)背景

3.1 能源需求未達(dá)峰，用電需求增長，實現(xiàn)碳中和時間短、挑戰(zhàn)大

當(dāng)前我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的進(jìn)程快速發(fā)展。由于我國能源需求未達(dá)峰，所以在實現(xiàn)碳中和的路上，我們面臨的挑戰(zhàn)將更大。2020 年，我國在能源消費上共計消費了49.8 億t 標(biāo)準(zhǔn)煤，同比增長了2.2%[4]。2035年，我國能源消費總量根據(jù)預(yù)測將達(dá)到60 億t 標(biāo)準(zhǔn)煤峰值，在此之后，能源消費總量將步入平臺期。

實現(xiàn)碳中和對我國電氣化率的提升有著重要作用，工業(yè)等領(lǐng)域在用能方式上也將進(jìn)一步轉(zhuǎn)向電能。今后40 年內(nèi)，我國的電力需求將持續(xù)增長，根據(jù)有關(guān)專業(yè)組織預(yù)測，到2030 年前，全社會用電量年平均增速3.6%，用電量將在2030 年達(dá)到10.7 萬億kW，發(fā)電裝機(jī)的容量高達(dá)40 億kW。2050 年，全社會用電量將平均增速2%，用電量將達(dá)到16 萬億kW，發(fā)電裝機(jī)的容量將達(dá)到75 億kW。2060 年，全社會的用電量將平均增速0.6%，用電量將達(dá)到17 萬億kW，裝機(jī)容量高達(dá)80 億kW。

目前碳中和已成為全球共識。關(guān)于碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)，大部分國家將其定在2050 年，如英國、新西蘭、歐盟等國。而有的國家承諾將更早實現(xiàn)碳中和，例如，烏拉圭承諾將在2020 年實現(xiàn)碳中和；芬蘭提出將在2035 年實現(xiàn)；瑞典將在2045 年實現(xiàn)等。此外，蘇里南已于2014 年實現(xiàn)碳中和，不丹在2018 年也實現(xiàn)了碳中和，并在此后步入了負(fù)排放時代。我國相比于發(fā)達(dá)國家，提出碳中和實現(xiàn)時間要遲10 年。然而，從碳達(dá)峰到碳中和，發(fā)達(dá)國家承諾時間約為40～60 年，而我國卻只有短短30 年時間，因此有著更加艱巨的減排任務(wù)，挑戰(zhàn)更大。

3.2 電力供給由以煤電為主轉(zhuǎn)向以新能源為主

我國的能源結(jié)構(gòu)以煤為主。根據(jù)國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)顯示，2019 年我國80%的碳排放量出自于煤炭，全國碳排放總量中有超過30%來自電力領(lǐng)域碳排放，煤電裝機(jī)容量10.4 億kW，在全國電力裝機(jī)容量中的占比達(dá)到了52%，煤電在其中的占比高達(dá)70%。而在當(dāng)前的“雙碳”目標(biāo)背景下，可再生能源的占比將明顯增加。可以預(yù)見的是，我國的電力裝機(jī)規(guī)模將會繼續(xù)大幅度增長，發(fā)電裝機(jī)容量也將迅速上漲，呈現(xiàn)“風(fēng)光領(lǐng)跑、多源協(xié)調(diào)”趨勢[5]。根據(jù)預(yù)測，到2030年，在一次能源消費中，可再生能源的比重將高達(dá)25%，發(fā)電裝機(jī)容量將高達(dá)12 億kW。

3.3 靈活性電源和儲能建設(shè)需求

在實現(xiàn)“雙碳”的過程中，考慮到新能源具有波動性、隨機(jī)性的特點，進(jìn)一步配備靈活性電源，加快儲能建設(shè)是重點，這是確保電網(wǎng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。重視煤電機(jī)組的靈活性，需進(jìn)一步加大其改造力度，由以往的“電量型電源”煤電轉(zhuǎn)變?yōu)椤半娏π碗娫础?。需特別重視常規(guī)水電、抽水蓄能電站的發(fā)展，以此利用水電調(diào)節(jié)能力，推進(jìn)風(fēng)光水蓄互補(bǔ)。不可否認(rèn)的是，目前我國并沒有充足的剩余常規(guī)水電以及抽水蓄能資源，在煤電機(jī)組的退出機(jī)制下，將面臨更加緊缺的電力系統(tǒng)靈活性資源。對此，需進(jìn)一步加強(qiáng)新型儲能資源的利用。

儲能可分物理儲能、電化學(xué)儲能、電磁儲能等。其中，物理儲能包括抽水蓄能、壓縮空氣、儲氫等；電化學(xué)儲能包括鋰離子電池、液流電池等；電磁儲能包括超導(dǎo)儲能等。抽水蓄能在儲能中占據(jù)著重要地位，在2019 年全球儲能裝機(jī)容量中，抽水蓄能裝機(jī)容量占比達(dá)94%以上。因此，當(dāng)前大力發(fā)展抽水蓄能是必然趨勢，這一靈活性資源具備規(guī)?；l(fā)展條件，有著經(jīng)濟(jì)環(huán)保、運行靈活等優(yōu)勢，在當(dāng)前“雙碳”背景下發(fā)揮著重要作用。

4 發(fā)展抽水蓄能的有關(guān)建議

4.1 加強(qiáng)多規(guī)合一協(xié)調(diào)， 推進(jìn)全國抽水蓄能中長期規(guī)劃工作

作為一種新型水電站，抽水蓄能電站具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，能夠快速轉(zhuǎn)化電力，改善電力系統(tǒng)運行，十分符合當(dāng)前社會發(fā)展的需要。早在2009 年，我國有關(guān)部門就開展了抽水蓄能選點規(guī)劃相關(guān)工作。就目前而言，抽水蓄能電站除去已建成的和正在建設(shè)的，規(guī)劃站點儲備資源大約為4500 萬kW。其中，由于一些項目存在生態(tài)紅線影響問題，最終剩下的站點儲備資源實際只有約3500 萬kW，可見當(dāng)前存在嚴(yán)重的資源儲備量不足問題。對此，為了使抽水蓄能滿足新型電力系統(tǒng)的需求，2021 年我國進(jìn)一步推進(jìn)了抽水蓄能中長期規(guī)劃工作。其中，通過摸底各省抽水蓄能站點資源情況，得出當(dāng)前資源總量在5 億kW以上。但是受到生態(tài)紅線、國土空間等多規(guī)約束，資源開發(fā)受限，因此亟須加強(qiáng)多規(guī)合一協(xié)調(diào)，進(jìn)一步規(guī)劃以及落實抽水蓄能站點資源保護(hù)。

4.2 完善電站開發(fā)體制和電價機(jī)制

總體來說，我國在抽水蓄能電站定價上曾采用多種模式，如單一的電量電價等，然而，無論是哪一種定價模式，都沒有較好解決電站效益補(bǔ)償?shù)膯栴}，這也很大程度上導(dǎo)致了已建電站無法充分發(fā)揮靜態(tài)以及動態(tài)效益。并且由于成本疏導(dǎo)不暢，很長時間內(nèi)抽水蓄能電站建設(shè)進(jìn)度較為緩慢。對此，為了加快建設(shè)抽水蓄能電站，國家相繼出臺有關(guān)文件，以做出進(jìn)一步指導(dǎo)。

（1）開發(fā)體制上，應(yīng)多元化發(fā)展投資主體，要重視非電網(wǎng)投資主體利益保護(hù)。通過引入社會資本，以進(jìn)一步提高抽水蓄能建設(shè)的積極性。

（2）在價格機(jī)制上，兩部制電價政策為主，以競爭性方式形成電量電價，將容量電價納入輸配電價回收。

以上電價機(jī)制主要采用了政府定價方式，這也是我國推進(jìn)電力市場化改革的一種方法。隨著改革的不斷深入，抽水蓄能電站的開發(fā)及電價機(jī)制將得到進(jìn)一步完善，通過創(chuàng)造一個公平公正的市場環(huán)境，吸引更多投資主體，從而形成一個新的市場化定價機(jī)制，充分反映出市場供需關(guān)系。在電量市場、輔助服務(wù)市場之間，抽水蓄能電站可以自主地選擇，進(jìn)而獲取更高的投資收益，并利用市場對資源配置的作用，進(jìn)一步促進(jìn)抽水蓄能電站的持續(xù)發(fā)展。

4.3 落實規(guī)劃指導(dǎo)，促進(jìn)抽水蓄能電站發(fā)展

正如上文所述，當(dāng)前抽水蓄能電站定價模式是以成本加合理利潤的政府定價為主，在此情況下，如果不加強(qiáng)規(guī)劃指導(dǎo)，極易導(dǎo)致抽水蓄能電站出現(xiàn)無序發(fā)展、一哄而上的問題。據(jù)此，有關(guān)部門應(yīng)重點落實規(guī)劃指導(dǎo)，以統(tǒng)一規(guī)劃、合理布局為手段，發(fā)揮約束作用，進(jìn)而實現(xiàn)抽水蓄能電站的有序開發(fā)。在這一方面，各地區(qū)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H發(fā)展需要及現(xiàn)有的資源條件，科學(xué)地進(jìn)行發(fā)展規(guī)劃的編制，而后經(jīng)由有關(guān)政府主管部門審核，將其作為當(dāng)?shù)爻樗钅茈娬景l(fā)展的依據(jù)，期間不得對其隨意更改，應(yīng)當(dāng)維護(hù)其嚴(yán)肅性、權(quán)威性[6]。

5 結(jié)語

綜上所述，在當(dāng)前的“雙碳”目標(biāo)背景下，如果儲能科學(xué)技術(shù)還未實現(xiàn)進(jìn)一步的發(fā)展，那么抽水蓄能必將是實現(xiàn)電力零碳的主力軍。我國作為高碳國家之一，在向零碳轉(zhuǎn)型的路上，更加需要抽水蓄能的支持，對此，當(dāng)前應(yīng)進(jìn)一步加快推進(jìn)抽水蓄能建設(shè)。本文詳細(xì)探討了當(dāng)前“雙碳”目標(biāo)背景下，抽水蓄能的重要作用，并提出了有關(guān)抽水蓄能發(fā)展的意見。此外，我國還應(yīng)從實現(xiàn)碳達(dá)峰后又反復(fù)出現(xiàn)波動的事實中吸取教訓(xùn)，嚴(yán)控煤電，以此來為抽水蓄能的高質(zhì)量發(fā)展奠定基礎(chǔ)。