郝 軍

(中國電建集團南方投資有限公司，廣州 510800)

0 前 言

在“30·60”雙碳減排目標及構建新型能源體系等新形勢下，以風電、光伏為代表的新能源發(fā)電迎來了巨大的發(fā)展契機。風電、光電的大規(guī)模開發(fā)，對保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行及新能源消納提出了新的要求[1]。隨著經(jīng)濟社會快速發(fā)展，電力負荷快速增長，新能源大規(guī)模并網(wǎng)，迫切需要建設啟動迅速、運行靈活的調節(jié)電源。抽水蓄能電站啟停靈活、調節(jié)速度快，可緩解電網(wǎng)調峰壓力，促進新能源消納，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

在抽水蓄能相關研究中，有對可逆機組與利用可逆機組理論設計的蓄能泵機組進行對比分析[2]、對抽水蓄能電站的調度策略優(yōu)化[3]以及水電比重較大電網(wǎng)中抽水蓄能建設必要性[4]的相關研究。

自2021年9月國家能源局印發(fā)《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》以來，國家相關部門陸續(xù)出臺促進抽水蓄能發(fā)展的相關文件。鑒于此，本文闡述了抽水蓄能電站國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了當前抽水蓄能電站發(fā)展的必要性，并對電價機制進行了梳理，最后對抽水蓄能發(fā)展提出了建議，為抽水蓄能發(fā)展提供參考。

1 抽水蓄能發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 全球抽水蓄能電站發(fā)展歷程及現(xiàn)狀

自19世紀80年代初世界第一座抽水蓄能電站誕生，到2020年世界抽水蓄能電站裝機總規(guī)模達約15 949萬kW，抽水蓄能電站發(fā)展主要經(jīng)歷3個階段。

19世紀80年代至20世紀40年代末為發(fā)展起步階段。1882年，世界第一座抽水蓄能電站瑞士蘇黎世奈特拉電站建成投產(chǎn)，主要作用是為了配合水電站豐枯季調節(jié)運行。至20世紀40年代末，全球抽水蓄能電站總裝機約130萬kW，發(fā)展較為緩慢，主要分布在瑞士、意大利、德國、美國等國家。

20世紀50年代至20世紀80年代末為迅速發(fā)展階段。自20世紀50年代以后，美歐、日本等發(fā)達國家經(jīng)濟高速發(fā)展，電力負荷顯著增大，電力峰谷差也隨之增加，具有優(yōu)越調峰填谷性能的抽水蓄能電站得以較快發(fā)展。至20世紀80年代末，全球抽水蓄能電站總裝機容量約8 700萬kW。

20世紀90年代至今為平穩(wěn)發(fā)展階段。進入20世紀90年代以后，發(fā)達國家經(jīng)濟增速放緩，抽水蓄能電站需求有所下降，而且歐美等國家建成投入大量調峰性能較好的燃氣電站，抽水蓄能電站建設進入平緩期。進入21世紀，中國、韓國、印度等亞洲國家經(jīng)濟快速發(fā)展，電力需求迅速增長，對抽水蓄能電站的需求也隨之增加。抽水蓄能電站建設主陣地也由西方轉移至亞洲各國，其中中國抽水蓄能電站裝機增加尤為迅速。到2020年底，全球抽水蓄能電站裝機總規(guī)模達到15 949萬kW，其中，中國抽水蓄能電站裝機規(guī)模3 149萬kW，占比19.7%，居世界首位。全球主要國家抽水蓄能電站裝機規(guī)模見圖1。

圖1 全球主要國家抽水蓄能電站裝機規(guī)模

1.2 國內(nèi)抽水蓄能電站發(fā)展歷程及現(xiàn)狀

我國抽水蓄能電站發(fā)展大致分為5個階段：發(fā)展起步階段、探索發(fā)展階段、完善發(fā)展階段、蓬勃發(fā)展階段及新發(fā)展階段[5]。

1968—1983年為我國抽水蓄能發(fā)展起步階段。1968年，依托已建水庫，我國首次在河北崗南水電站安裝1臺單機容量1.1萬kW的進口抽水蓄能機組；1973年和1975年，在北京密云水庫分別安裝2臺單機容量1.1萬kW的國產(chǎn)抽水蓄能機組[6]。崗南水電站和密云水庫這兩座小型混合式抽水蓄能電站代表著我國抽水蓄能電站發(fā)展的起點。全球主要國家抽水蓄能電站裝機規(guī)模如圖1所示。

1984—2003年為我國抽水蓄能探索發(fā)展階段。在此期間，我國經(jīng)濟加速發(fā)展，電力需求逐步增大，以火電為主的中東部電網(wǎng)調峰需求顯著增加，潘家口、廣州、十三陵、天荒坪、響洪甸等一批大型抽水蓄能電站建成投產(chǎn)[7]，我國抽水蓄能電站在探索中不斷發(fā)展。

2004—2013年為我國抽水蓄能完善發(fā)展階段。2004年，國家發(fā)展改革委發(fā)文明確抽水蓄能電站主要由電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)開發(fā)建設、管理。隨后，國家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司成立抽水蓄能專業(yè)運營公司，即國網(wǎng)新源控股有限公司、調峰調頻發(fā)電公司。在此期間，抽水蓄能電站的建設規(guī)模也不斷增大，東北地區(qū)、中部地區(qū)也逐漸有抽水蓄能電站建成投產(chǎn)[8]。相繼建成河北張河灣、山東泰安、山西西龍池、河南寶泉、遼寧蒲石河、湖南黑麋峰等大型抽水蓄能電站。

2014—2020年為我國抽水蓄能蓬勃發(fā)展階段。在此期間，共核準開工36座抽水蓄能電站，河北豐寧、廣東陽江、浙江仙居等一批抽水蓄能電站項目集中開工建設，從2017年開始，中國抽水蓄能電站在建規(guī)模連續(xù)多年位居世界第一。

2021年至今為我國抽水蓄能新發(fā)展階段。2021年9月，國家能源局印發(fā)《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃(2021-2035)》,提出：到2025年，抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模6 200萬千瓦以上；到2030年，投產(chǎn)總規(guī)模1.2億kW左右。2021年全國共核準抽水蓄能電站項目11個，總規(guī)模1370萬kW，創(chuàng)歷史新高；截至2021年底，全國已建抽水蓄能電站總規(guī)模3 639萬kW，占電力總裝機比例為1.5%。我國抽水蓄能電站建設進入新時期。

2 抽水蓄能建設必要性

我國電源結構以火電為主，在“30·60”雙碳減排目標下能源結構轉型發(fā)展壓力大，迫切需要新增靈活性調峰電源支撐能源結構轉型和電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。抽水蓄能電站是世界公認的理想調峰電源之一，也是當前技術最成熟、經(jīng)濟性最優(yōu)且最具大規(guī)模開發(fā)的儲能品種[9]，對優(yōu)化電源結構、緩解電網(wǎng)調峰壓力、提高新能源消納、建設堅強智能電網(wǎng)及促進地區(qū)經(jīng)濟社會高質量發(fā)展均具有重要作用，大規(guī)模發(fā)展抽水蓄能是未來電網(wǎng)發(fā)展、構建新型電力系統(tǒng)的必然選擇。

從世界能源體系建設來看，抽水蓄能建設是推動實現(xiàn)“30·60”雙碳目標，構建新型能源體系的重要舉措。能源行業(yè)是實現(xiàn)雙碳減排目標及構建新型能源體系的主戰(zhàn)場，大規(guī)模發(fā)展新能源將是實現(xiàn)能源綠色低碳轉型的必由之路，也是實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標的重要抓手。抽水蓄能電站作為全生命周期碳減排效益最為顯著、經(jīng)濟性最優(yōu)的大容量儲能技術，可以儲存新能源多余電量，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，提升新能源利用率，提高風、光電開發(fā)的經(jīng)濟性，同時可以改善系統(tǒng)中火電運行工況，降低系統(tǒng)煤耗。抽水蓄能電站的開發(fā)建設對于促進實現(xiàn)我國“碳達峰、碳中和”目標具有重要意義。

從電網(wǎng)安全和智能電網(wǎng)建設來看，是支撐電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行、建設堅強智能電網(wǎng)的重要保障。在雙碳減排目標下，新能源大規(guī)模高比例發(fā)展將成為必然，其隨機性、波動性、間歇性等不穩(wěn)定特點，將給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行帶來風險。抽水蓄能電站可以在電力系統(tǒng)中起到調頻、調相及緊急事故備用等作用，減少新能源大規(guī)模高比例并網(wǎng)對電網(wǎng)頻率、無功電壓的影響，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和可靠性。抽水蓄能電站具備啟動迅速和快速負荷跟蹤的能力，可以在一兩分鐘內(nèi)從靜止達到滿載，并能頻繁轉換工況，是智能電網(wǎng)的建設中不可或缺的電源。

從新能源發(fā)展來看，是促進新能源消納、優(yōu)化能源配置的重要依托。我國“三北”地區(qū)新能源資源豐富，而當?shù)仉娏π枨笥邢?，需要依托特高壓通道將綠色電力輸送至電力需求較大的中東部地區(qū)消納。太陽能、風能等新能源發(fā)電出力具有隨機性、間歇性和波動性的特點，需要有調節(jié)能力的電源與之配合運行。抽水蓄能電站是新型電力系統(tǒng)的調節(jié)器和穩(wěn)定器，是大規(guī)模新能源建設的助推器，其開發(fā)建設可以有效的保障新型電力系統(tǒng)建設的安全性、穩(wěn)定性及經(jīng)濟性，促進“三北”地區(qū)新能源消納，優(yōu)化地區(qū)能源資源配置。

從國家社會發(fā)展來看，是落實國家發(fā)展戰(zhàn)略、促進地區(qū)社會經(jīng)濟高質量發(fā)展的有效途徑。國家實施的西部大開發(fā)、“一帶一路”、黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展等戰(zhàn)略，涉及西部陜西、甘肅、青海等多個省份，不僅促進涉及地區(qū)經(jīng)濟社會高質量發(fā)展，同時也對涉及地區(qū)能源結構清潔化、低碳化，經(jīng)濟社會高質量發(fā)展提出了高要求。抽水蓄能電站的建設不僅對優(yōu)化電源結構、改善電網(wǎng)運行條件、促進新能源消納、保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行、推動電力體制改革等發(fā)揮重要作用，而且對擴大地方建設投資規(guī)模，加快基礎設施建設，帶動第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展，增加地方財政收入，改善地方人民生產(chǎn)生活條件，促進地方社會經(jīng)濟高質量發(fā)展意義重大。抽水蓄能電站的建設可將當?shù)啬茉促Y源轉化為經(jīng)濟優(yōu)勢，為地方經(jīng)濟社會發(fā)展注入新的活力；工程建設期間將投入大量人力、物力及資金，增加就業(yè)機會，帶動人民群眾整體生活水平提高。

綜上分析，抽水蓄能的發(fā)展對能源體系建設、電網(wǎng)安全穩(wěn)定、國家社會發(fā)展等方面均有積極作用，發(fā)展抽水蓄能電站是必然選擇。

3 抽水蓄能發(fā)展布局

《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃(2021—2035)》建立了抽水蓄能項目庫，其中，重點實施項目總裝機規(guī)模4.21億kW，規(guī)劃儲備項目總裝機規(guī)模3.05億kW。

各區(qū)域抽水蓄能項目規(guī)模及占比見圖2～6，由圖可以看出：

圖2 各區(qū)域抽水蓄能項目規(guī)模情況

圖3 各區(qū)域抽蓄項目規(guī)模占比

圖4 各區(qū)域抽蓄重點實施項目規(guī)模占比

圖5 各區(qū)域抽蓄儲備項目規(guī)模占比

(1)全國抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃項目總規(guī)模7.26億kW，其中，西北、西南、東北、南方、華中、華北、華東地區(qū)抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃項目規(guī)模占比分別約為20.7%、16.6%、12.3%、17.0%、15.0%、8.2%、10.1%，西北地區(qū)抽水蓄能規(guī)劃項目數(shù)量及規(guī)模最大，南方地區(qū)次之；

(2)全國重點實施項目總裝機規(guī)模4.21億kW，其中，西北、西南、東北、南方、華中、華北、華東地區(qū)抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃重點實施項目規(guī)模占比分別約為22.0%、19.3%、7.2%、19.3%、16.2%、4.8%、11.1%，西北地區(qū)抽水蓄能重點實施項目數(shù)量及規(guī)模也是最大，西南及南方地區(qū)次之；

(3)全國規(guī)劃儲備項目總裝機規(guī)模3.05億kW，其中，西北、西南、東北、南方、華中、華北、華東地區(qū)抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃儲備項目規(guī)模占比分別約為18.8%、12.8%、19.7%、13.7%、13.2%、13.1%、8.7%，西北地區(qū)抽水蓄能規(guī)劃儲備項目規(guī)模也是最大，東北地區(qū)次之；

(4)全國“十四五”重點實施項目總裝機規(guī)模約2.7億kW，其中，西北、西南、東北、南方、華中、華北、華東地區(qū)抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃“十四五”重點實施項目規(guī)模占比分別約為24.8%、6.1%、10.9%、17.3%、19.1%、6.6%、15.3%，西北地區(qū)抽水蓄能規(guī)劃“十四五”重點實施項目規(guī)模最大，華中地區(qū)次之。

圖6 各區(qū)域“十四五”重點實施項目規(guī)模占比

在全國抽水蓄能中長期發(fā)展重點實施、儲備項目庫中，西北地區(qū)抽水蓄能電站規(guī)劃項目數(shù)量及規(guī)模最大，主要是考慮以下幾個方面因素：

(1)西北地區(qū)涉及陜西、甘肅、青海、寧夏及新疆五省，占全國陸地面積的31.7%，區(qū)域面積最大；并且新能源能源資源豐富，可規(guī)劃大型風光電千萬千瓦級基地，同時，西北地區(qū)擁有大量沙漠、戈壁、荒漠，具備較好的大規(guī)模、集中開發(fā)條件，對抽水蓄能電站有極大需求。

(2)從特高壓遠距離輸電來看，西北地區(qū)是“西電東送”戰(zhàn)略的輸送端，隨著特高壓輸電技術發(fā)展，已具備采用多能互補方式將新能源大容量、遠距離輸送至中東部地區(qū)消納的技術。在構建新型能源體系下，為保證特高壓輸電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行，緩解新能源對輸電系統(tǒng)無功電壓和系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性的影響，特高壓輸電通道電源配置中需要一定容量抽水蓄能電站。

(3)從開發(fā)建設條件上來看，西北地區(qū)負荷中心或能源基地周邊地形多山，具有修建抽水蓄能電站的站點條件。

4 抽水蓄能電站電價機制

隨著我國電力體制發(fā)展與改革，我國抽水蓄能電站電價機制經(jīng)歷納入電網(wǎng)統(tǒng)一核定、建立獨立價格機制但成本疏導渠道未理順、明確堅持兩部制電價機制并建立起完整的成本回收與分攤機制3個階段[5]。

4.1 抽水蓄能電站電價政策的發(fā)展歷程

2004年印發(fā)了《關于抽水蓄能電站建設管理有關問題的通知》(發(fā)改能源〔2004〕71號)，規(guī)定抽水蓄能電站的建設和管理主體為電網(wǎng)企業(yè)，電站建設、運行成本納入至電網(wǎng)運行費用，統(tǒng)一進行核定[10]。

2007年印發(fā)了《關于桐柏、泰安抽水蓄能電站電價問題的通知》(發(fā)改價格〔2007〕1517號)，規(guī)定抽水蓄能電站建設、運行費用除電網(wǎng)企業(yè)承擔外，可由發(fā)電企業(yè)和用戶承擔部分費用。

2014年印發(fā)了《國家發(fā)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》(發(fā)改價格〔2014〕1763號)，規(guī)定電力市場形成前，抽水蓄能電站實行兩部制電價，容量電費和抽發(fā)損耗作為銷售電價調整因素統(tǒng)籌考慮。

2019年印發(fā)了《輸配電價成本監(jiān)審辦法》(發(fā)改價格規(guī)〔2019〕897號)，明確指出抽水蓄能電站、電儲能設施的成本費用不得計入輸配電定價成本。抽水蓄能電站的建設運營費用只能從電網(wǎng)企業(yè)的利潤中支出，相關成本無法通過輸配電價向市場化用戶傳導，導致電網(wǎng)企業(yè)特別是利潤規(guī)模較小的西部省區(qū)電網(wǎng)，建設抽水蓄能電站的積極性不高。

2021年印發(fā)了《關于進一步完善抽水蓄能價格形成機制的意見》(發(fā)改價格〔2021〕633號)(下面簡稱《意見》)，提出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。完善抽水蓄能電站同時服務電力系統(tǒng)和特定電源間的分攤比例，其中，特定電源分攤的容量費用由受益主體承擔，并在核定容量電價時相應扣減。

4.2 《意見》對抽水蓄能發(fā)展的影響

(1)完善兩部制電價機制，充分體現(xiàn)抽水蓄能電站的容量價值

《意見》提出堅持并完善兩部制電價政策，完善了抽水蓄能電價定價機制，保持了一定的穩(wěn)定性，充分體現(xiàn)抽水蓄能電站的容量價值。

(2)健全電費分攤疏導機制，推動抽水蓄能電價的市場化

《意見》明確容量電費納入省級電網(wǎng)輸配電價回收，給定6.5%的經(jīng)營期內(nèi)資本金內(nèi)部收益率，并與輸配電價核價周期保持銜接。同時提出了容量電費分攤比例合理確定的原則，對推動抽水蓄能電價的市場化具有重要意義。

(3)建立收益分享機制，實現(xiàn)利益相關主體共贏

《意見》鼓勵引導抽水蓄能電站作為獨立市場參與電力中長期交易、現(xiàn)貨市場交易和輔助服務市場(補償機制)，同時明確了參與市場的相關收益。充分釋放抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中的調節(jié)價值，實現(xiàn)利益相關主體共贏[5]。

(4)強化電站運行管理，確保電站效益充分發(fā)揮

《意見》要求合理安排抽水蓄能電站運行，加強監(jiān)管考核，保障非電網(wǎng)投資的抽水蓄能電站平穩(wěn)運行，在確保抽水蓄能電站效益充分發(fā)揮的同時，充分調動了社會資本投資的積極性。

5 建 議

結合近年來抽水蓄能電站發(fā)展，本文從電價政策實施細則、標準體系建設、配合新能源運行方式、工程建設關鍵技術及促進規(guī)劃項目實施五個方面提出發(fā)展建議，具體建議如下：

(1)研究出臺抽水蓄能電價政策實施細則

633號文提出堅持并優(yōu)化抽水蓄能兩部制電價政策，但截至目前，尚未有省份出臺抽水蓄能電價實施相關政策指導性文件。為進一步完善抽水蓄能電價形成機制，促進抽水蓄能電站健康發(fā)展，建議結合抽水蓄能電站服務對象(電力系統(tǒng)和新能源基地)，考慮輔助服務補償，盡快研究出臺抽水蓄能電價政策實施細則。

(2)強化抽水蓄能標準體系建設

經(jīng)過多年的抽水蓄能電站工程開發(fā)建設、運行管理和技術標準建設，我國在規(guī)劃設計、工程建設和運行管理方面已逐步形成抽水蓄能技術標準體系，但隨著抽水蓄能電站進入新發(fā)展階段，尤其是在雙碳減排目標及新型電力系統(tǒng)下，需進一步強化抽水蓄能電站規(guī)劃調整技術規(guī)范、調度運行規(guī)程等方面標準體系建設，使抽水蓄能電站規(guī)劃、設計、建設、運行更加規(guī)范化，并做好各層標準之間的銜接配套工作。

(3)加強抽水蓄能配合新能源運行方式研究

風電、光伏正在大規(guī)模、高比例開發(fā)建設，新型電力系統(tǒng)中的不穩(wěn)定性大幅增加，系統(tǒng)慣量缺失較大，均是關乎電網(wǎng)安全穩(wěn)定的關鍵問題。抽水蓄能電站在新型電力系統(tǒng)中與新能源配合運行，不僅要著眼于在宏觀能量上削峰填谷，而且要深入研究調頻、調相、增加系統(tǒng)慣性以及聯(lián)合新能源大容量遠距離外送安全穩(wěn)定等。

(4)加強與創(chuàng)新工程開發(fā)建設關鍵技術

通過大量工程實踐，我國在抽水蓄能電站工程建設與管理技術方面均有較大進步，部分技術達到或領先國際水平。在雙碳減排目標及構建新型電力系統(tǒng)下，抽水蓄能電站將迎來跨越式發(fā)展，同時，也將面臨復雜地質條件、超高水頭、復雜運行工況等挑戰(zhàn)，需要繼續(xù)強化研究復雜地質條件下筑壩與防滲、地下洞室群施工技術，研制超高水頭大變幅水泵水輪機，探索變速恒頻抽水蓄能機組在新型電力系統(tǒng)下應用效果以及創(chuàng)新綠色施工、智能建設技術，為抽水蓄能電站高質量發(fā)展提供技術支撐。

(5)多措施多維度促進規(guī)劃項目實施

能源主管部門加強與自然資源、生態(tài)環(huán)境、林草、水利等部門溝通協(xié)調，做好納規(guī)抽蓄項目站址資源保護工作，為抽水蓄能電站開發(fā)建設預留空間；在前期設計工作中，盡可能采取預可研與可研設計一體化招標，地勘外業(yè)、預可研工作適當超前，優(yōu)化前期工作流程，縮短前期工作周期；強化政府組織協(xié)調機制，建立抽水蓄能電站“一站式”服務，簡化申報流程，積極配合開發(fā)企業(yè)推動項目開工建設；電網(wǎng)企業(yè)提前配合做好抽水蓄能電站網(wǎng)架規(guī)劃，保障抽水蓄能電站順利接入送出，促進規(guī)劃項目實施。

6 結 語

在當前抽水蓄能大發(fā)展的時代背景下，本文對國內(nèi)外抽水蓄能的發(fā)展進行了介紹，結合新能源資源及電力流向情況分析了我國抽水蓄能布局及發(fā)展的重點區(qū)域，梳理了抽水蓄能電價機制，結合近年來抽水蓄能的發(fā)展，從電價政策實施細則、標準體系建設、配合新能源運行方式、工程建設關鍵技術及促進規(guī)劃項目實施等多個方面提出了意見。未來抽水蓄能建設和運營需要結合我國實際情況，從電價機制、運行方式、建設標準等多個角度思考分析。希望本文對相關政策的制定和抽水蓄能的發(fā)展能提供一定的參考。