抽水蓄能在新型電力系統中發展的思考

倪晉兵，張云飛

（國網新源控股有限公司抽水蓄能技術經濟研究院，北京市 100761）

0 引言

構建新型電力系統是推動可持續發展、實現碳達峰碳中和目標的重要舉措。抽水蓄能作為新型電力系統的重要組成部分，具有保障大電網安全、服務清潔能源消納和促進電力系統優化運行三大作用，是目前技術最成熟、應用最廣泛、經濟性最優的靈活性調節電源，在能源清潔低碳轉型發展過程中充當著重要角色。

自《國家發展改革委關于進一步完善抽水蓄能價格形成機制的意見》[1]及《抽水蓄能中長期發展規劃（2021-2035）》[2]發布以來，社會各界就抽水蓄能在構建新型電力系統中的重要作用和進一步加快開發抽水蓄能已形成廣泛共識，對抽水蓄能的關注和參與也呈現出前所未有的新局面。本文在新型電力系統規劃對抽水蓄能優化配置的重要意義、抽水蓄能與新型儲能的協同發展、電價機制對抽水蓄能發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中的科學健康發展提供部分建議。

1 加強新型電力系統規劃對抽水蓄能發展的引領

構建新型電力系統是一項復雜的系統性工程，需要同時考慮電力安全穩定、新能源比例不斷提高、系統成本合理三個方面的協調，需要處理好火電機組清潔轉型、風光等可再生能源有序滲透、電網協調互濟能力建設、靈活性資源合理配置等方面的關系。科學規劃新型電力系統的構建路徑是實現碳達峰碳中和目標的基礎，也是新型電力系統中各主體發展的邊界和指南。

截至2021年底，我國煤電裝機容量超過11億kW，占發電總裝機容量23.78億kW的46.67%，煤電發電量50426億kW·h，占總發電量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，需要在確保供應安全的情況下有序減量減容。風光裝機容量6.35億kW，僅占技術可開發總量57億kW的11.14%，發電量9828億kW·h，僅占總發電量的11.7%，裝機及發電量具有巨大的提升空間，需要在電網中加速滲透。系統靈活性資源嚴重缺乏，抽水蓄能、燃氣發電等靈活調節電源裝機容量為14533萬kW，占總裝機容量的6.1%，尤其是抽水蓄能作為綠色清潔的靈活性調節電源，裝機容量3639萬kW，僅占總裝機容量的1.53%，遠遠落后于歐洲、日本等發達國家4%～8%的水平，需全力加快開發建設。除此之外，增加系統靈活性的措施還包括新能源的出力預測、負荷側的需求管理、火電機組靈活性改造等。在這種情況下，各主體的協調發展、資源的優化配置、經濟成本的節約均需從更大范圍和更長時間尺度上進行統籌，并制定科學合理的規劃。

進入“十四五”以來，國家相繼發布了《抽水蓄能中長期發展規劃（2021-2035）》《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》[3]《“十四五”可再生能源發展規劃》[4]等文件，但都局限于本行業領域，對于電力行業整體統籌和指導意義較大的電力發展“十四五”規劃也尚未發布。亟需國家主管部門組織開展構建新型電力系統實現路徑的研究工作，加快編制新型電力系統建設的中長期規劃，以指導電力行業其他規劃的制定和滾動調整，達到優化配置資源的目的。抽水蓄能作為電力系統中重要的清潔靈活性調節電源，其開發容量和布局與煤電未來減量減容的進程、新能源在電力系統中滲透比例和其他靈活性資源配置的方案均存在緊密聯系，加之本身建設周期長、投資規模大，更應加強規劃引領、充分考慮自身開發與新型電力系統建設需求的銜接。

2 抽水蓄能與新型儲能的協同發展

隨著風光等新能源在新型電力系統中的高比例滲透，為應對新能源出力不連續、不穩定等問題，需要配置一定比例的儲能保證電力系統的安全穩定運行。我國風電、光電總裝機容量在2030年將達到12億kW以上，按照15%配置儲能的規模估算，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展規模都相對滯后，截至2021年底，我國已投運的新型儲能573萬kW，抽水蓄能裝機容量3639萬kW，需要在未來共同發力、協同發展，以滿足電力系統的調節需求。

新型儲能包括電化學儲能、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周期短，選址簡單靈活的優點，但目前經濟性尚不理想。電化學儲能規模通常為10～100MW級，響應速度在幾十至幾百毫秒、能量密度高、調節精度好，但規模化發展受到安全環保的制約，主要適合分布式調峰應用場景，通常接入中低壓配網或新能源場站側，在技術上適合頻繁快速調節環境。壓縮空氣儲能以空氣為介質，具有容量大、充放電次數多、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，對于沙漠戈壁荒漠等不適宜布置抽水蓄能的地區，壓縮空氣儲能的布置能夠有效配合大型風光基地新能源的消納，發展潛力較大。氫能作為可再生能源規模化高效利用的重要載體，其大規模、長周期儲能的特點能夠促進異質能源跨地域和跨季節優化配置，是未來國家能源體系的重要組成部分，具有廣闊的應用前景。

與之相比，抽水蓄能電站技術成熟度高、容量大、壽命長、可靠性高、經濟性好，適用于調峰容量需求或調峰電量需求較大的場景，并以較高電壓等級接入主網中?？紤]到新型電力系統的多樣化調節需求，抽水蓄能的多樣化發展也應被重視。一是加強中小型抽水蓄能的開發，中小型抽水蓄能具有站點資源豐富、布局靈活、距離負荷中心近、與分布式新能源結合緊密等優勢，是抽水蓄能開發的重要補充。二是因地制宜開發混合式抽水蓄能，我國常規水電開發程度高，站址資源豐富，利用合適的水電站址，通過增建可逆機組開發混合式抽水蓄能電站可以縮短建設周期，利用現有基礎設施，節省工程量和建設投資?；旌鲜匠樗钅茈娬臼褂贸Ｒ幩娚?、下水庫，調節容量大，連續發電或抽水運行時間長，可以進行周、旬、季調節，同時還能通過提高平均運行水位和發電水頭優化常規水電站水庫調度運行方式，進而提高水能利用效率。三是探索海水抽水蓄能的開發和應用，大規模海上風電的并網消納需要就近配置相應的靈活性調節資源，根據2017年發布的《關于發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域的海水抽水蓄能資源達到4208.3萬kW，擁有較好的開發前景。

在我國電力系統靈活性資源嚴重缺乏的現狀下，抽水蓄能與新型儲能都具有廣闊的發展前景，應根據各自技術特點的差異，結合區域電力系統的實際需求，以安全穩定、清潔能源消納等邊界條件為約束，在容量和布局上進行協同布置以達到最優效果。

3 電價機制對抽水蓄能發展的影響

抽水蓄能服務整個電力系統，包括電源、電網、用戶均為受益對象，且各方受益特點表現出非競爭性和非排他性，從經濟學角度來看，抽水蓄能提供的產品屬于電力系統公共產品，并為電力系統高效運行提供公共服務。

電力體制改革前，國家先后發布政策明確抽水蓄能主要服務于電網，主要由電網經營企業統一運行或租賃運營。當時，政府統一制定上網電價、銷售電價，電網的主要收入來源于購銷價差，已有政策實質上是明確了抽水蓄能的成本從電網購銷價差回收，統一了疏導渠道。

輸配電價改革以后，《國家發展改革委關于完善抽水蓄能電站價格形成機制有關問題的通知》明確抽水蓄能實行兩部制電價，按照合理成本加準許收益的原則核定。抽水蓄能電站容量電費和抽發損耗納入當地省級電網（或區域電網）運行費用統一核算，作為銷售電價調整因素統籌考慮，但成本傳導的渠道并未理順。隨后國家發展改革委于2016年、2019年先后發布文件規定抽水蓄能電站相關費用不納入電網企業準許收益、抽水蓄能電站費用不得計入輸配電定價成本，更是進一步切斷了抽水蓄能成本疏導的途徑。加之彼時對抽水蓄能功能定位認識不足、投資主體單一，抽水蓄能在“十三五”期間的發展規模遠低于預期。

面對這種困境，《國家發展改革委關于進一步完善抽水蓄能價格形成機制的意見》[6]于2021年5月重磅推出，該政策對抽水蓄能電價政策進行了科學界定，一方面結合抽水蓄能公共屬性強、無法通過電量回收成本的客觀事實，采用經營期定價法核定了容量電價并通過輸配電價回收；另一方面結合電力市場改革的步伐，對電量電價做了現貨市場的探索。政策的出臺有力激發了社會主體的投資意愿，為抽水蓄能的快速發展打下了堅實的基礎。據統計，目前投運、在建、推進抽水蓄能項目容量已經達到1.3億kW。

與傳統的化石能源發電方式相比，風光等新能源的發電邊際成本幾乎為零，但對應的系統消納成本巨大且缺乏分攤和傳導的機制。在此情況下，在能源轉型過程中，對于抽水蓄能等公共屬性較強的資源在發展前期需要政策的支持和引導才能保證產業的快速發展。在我國抽水蓄能開發規模相對落后，碳達峰、碳中和窗口期時間較短的客觀環境下，新電價政策的出臺起到了對抽水蓄能產業發展重要的推動作用。

能源供給側從常規化石能源向間歇性可再生能源的轉型，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節資源建設的成本轉變。由于轉型的艱巨性和長期性，我國以煤為主的電力生產體系與可再生能源為主體的新型電力系統的建立過程將長期共存，這就要求我們更要堅定碳達峰碳中和的氣候目標，在能源轉型初期，對推動能源清潔轉型有巨大貢獻的基礎設施建設，要以政策驅動為主、市場驅動為輔，減少資本逐利對整體戰略的干擾和錯誤引導，保證能源清潔低碳轉型的正確方向。

隨著可再生能源充分發展并逐步成為電力供給主體，我國電力市場的建設也不斷完善成熟，靈活性調節資源將成為新型電力系統中的主要需求，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節資源的建設將主要由市場力量驅動，抽水蓄能等主體的價格機制將真正反映市場供求關系，體現充分的競爭性。

4 正確認識抽水蓄能的碳減排作用

抽水蓄能電站具有顯著的節能減排效益。在傳統電力系統中，抽水蓄能節能減排的作用主要體現在兩個方面。一是在系統中代替火電進行調峰，負荷高峰時發電，減少調峰火電機組的啟停次數，負荷低谷時抽水，使火電機組壓負荷幅度降低，從而起到節能減排的作用。二是發揮調頻、調相、旋轉備用和事故備用等安全穩定支撐作用以及代替火電機組進行事故備用時，使系統中所有火電機組的負荷率升高，從而降低火電機組煤耗，達到節能減排的作用。

隨著新能源在新型電力系統中的高比例滲透，抽水蓄能的節能減排作用在已有基礎上呈現出新的特點，一方面是發揮更大的調峰作用助力大規模風光等新能源并網消納，對系統整體產生巨大的減排效益；另一方面是發揮調頻、調相、旋轉備用等安全穩定支撐作用幫助系統克服新能源的出力不穩定和高比例電力電子設備帶來的轉動慣量缺失等問題，進一步提高新能源在電力系統中的滲透比例，從而減少化石能源消費帶來的排放。

我國實現碳達峰碳中和的時間緊、任務重。國家發展改革委發布《關于完善能源消費強度和總量雙控制度方案》[7]向全國各地下達控排指標以合理控制能源消費，因此能夠起到減排作用的主體應得到正確的評價和應有的重視。但就目前來看，抽水蓄能的碳減排效益并未得到正確認識，個別碳排放權交易試點地區根據企業（單位）二氧化碳排放核算和報告指南對抽水蓄能電站進行碳排放核算，并把全部抽水電量作為排放計算基數，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尚未明確的階段，建議將設計轉換效率作為抽水蓄能電站能耗管理的主要控制指標，以減少對抽水蓄能健康發展的制約。為達到正確認識抽水蓄能的碳減排作用、理順其能耗管理機制的目的，應結合抽水蓄能對電力系統的整體碳減排效益開展量化研究，建立適用的方法學，科學評價抽水蓄能的碳減排作用。