張博庭

（中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)，北京市 100044）

0 引言

剛剛閉幕的第26屆聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)（COP26）認(rèn)為，近年來世界各國(guó)在落實(shí)《巴黎協(xié)定》的碳減排承諾方面，雖然取得了不小的成績(jī)，但距離全球要把溫升控制在1.5℃之內(nèi)的目標(biāo)，還有很大的差距。各國(guó)還必須加速能源轉(zhuǎn)型，盡早地讓化石能源退出歷史舞臺(tái)。目前，100%地使用可再生能源，被認(rèn)為是最可行的“碳中和”方式。但在目前的化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)還不能滿足電網(wǎng)大規(guī)模使用的情況下，開發(fā)建設(shè)抽水蓄能電站就成為各國(guó)實(shí)現(xiàn)100%由可再生能源供電的首選[1]。

1 實(shí)現(xiàn)“碳中和”的前提是“零碳”的電力

各國(guó)實(shí)現(xiàn)“碳中和”首先是要實(shí)現(xiàn)“零碳”的電力供應(yīng)。因?yàn)?，從可持續(xù)發(fā)展的角度看，未來人類能源的來源，只能是可再生能源。而當(dāng)前人們獲得可再生能源的最有效方式，主要是發(fā)電。所以，人們只有先實(shí)現(xiàn)了“零碳”的電力供應(yīng)，再通過不斷地?cái)U(kuò)大電能替代，逐步解決交通、建設(shè)、冶金、化工等領(lǐng)域的碳排放，才能最后實(shí)現(xiàn)“碳中和”的社會(huì)。

也有人認(rèn)為：即使電力不能實(shí)現(xiàn)“零碳”，還可以通過其他碳匯，實(shí)現(xiàn)電力的“碳中和”。但是，我們要知道，目前人類社會(huì)的電氣化水平只有30%左右。未來我們要實(shí)現(xiàn)全社會(huì)的“碳中和”，即使實(shí)現(xiàn)了“零碳”的電力，還有要逐步替代60%多各種能源的艱巨任務(wù)。因此，如果我們連電力都不能做到“零碳”，如何替代其他各種能源？況且，在其他領(lǐng)域，我們幾乎不可能替代全部的化石能源，所以，必須需要?jiǎng)?chuàng)造其他的碳匯來解決?？傊?，如果我們的電力都需要碳匯的平衡，才能做到零碳，那么整個(gè)社會(huì)的“碳中和”幾乎是沒有可能的。

所以，實(shí)現(xiàn)“碳中和”的前提，是先實(shí)現(xiàn)100%的由可再生（初期至少是非化石）能源供電[2]。國(guó)際上很多權(quán)威的能源研究機(jī)構(gòu)通過分析各國(guó)的資源情況，都曾預(yù)測(cè)說，多數(shù)國(guó)家都可以在2050年實(shí)現(xiàn)100%地由可再生能源供電[3]。這不僅在技術(shù)上可行，而且經(jīng)濟(jì)上最優(yōu)。

2 在當(dāng)前科技水平下，抽水蓄能是電力“零碳”的基石和保障

抽水蓄能在將來的“零碳”電力中非常重要，因?yàn)槲磥碇饕哪茉磥碜运?、風(fēng)、光（但因水能資源非常有限），為了解決大量的風(fēng)、光供電的間歇性、隨機(jī)性與用電負(fù)荷之間的矛盾。目前最有效的手段還是蓄能調(diào)蓄。

解決電網(wǎng)對(duì)新能源的接納的方式，還有電化學(xué)儲(chǔ)能。不過，目前我們的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)水平，還難以滿足電網(wǎng)大規(guī)模使用的需求。鋰電池技術(shù)雖然成本上已經(jīng)問題不大，但是其安全性和耐久性還難以滿足需要大規(guī)模電網(wǎng)的儲(chǔ)能要求。今年以來，北京的豐臺(tái)和澳洲最大的化學(xué)儲(chǔ)能電站都先后發(fā)生過大型火災(zāi)事故。此外，氫能也是一種很好的儲(chǔ)能方式，不過目前電解水制氫能的成本還比較高。大規(guī)模的利用也存在著巨大障礙。

也許到未來的某一天，鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)能出現(xiàn)重大突破，解決了安全性和耐久性的致命弱點(diǎn)，或者氫能的儲(chǔ)能成本出現(xiàn)大幅下降。但是，就目前的技術(shù)水平而言，電網(wǎng)中最可行的大規(guī)模儲(chǔ)能方式還是抽水蓄能[1]。

3 中國(guó)發(fā)展抽水蓄能的需求最為迫切

目前國(guó)際上對(duì)抽水蓄能的需求，還不是十分迫切。因?yàn)榘l(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)電方式大都已經(jīng)完成了從煤炭向油氣的轉(zhuǎn)化。油氣發(fā)電的調(diào)節(jié)性能比煤炭好得多。承受50%以內(nèi)的風(fēng)光發(fā)電基本沒有問題?，F(xiàn)階段各個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家的風(fēng)光發(fā)電，都還沒有超過50%，所以，對(duì)抽水蓄能的需求，似乎還不是十分迫切。但隨著未來風(fēng)光裝機(jī)比重的上升，以及“零碳”電力的到來（油氣發(fā)電的退出，完全依靠可再生能源），抽水蓄能的開發(fā)建設(shè)一定會(huì)成為一個(gè)非常重要的方向（除非人類的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，出現(xiàn)重大的突破）。

與發(fā)達(dá)國(guó)家的電力發(fā)展不同，中國(guó)對(duì)抽水蓄能有特殊的需求。因?yàn)橹袊?guó)的資源稟賦，幾乎沒有條件實(shí)行高碳向低碳轉(zhuǎn)化（油氣資源有限），發(fā)電方式需要直接由煤炭轉(zhuǎn)向可再生能源。這樣，中國(guó)的能源轉(zhuǎn)型從一開始就需要有大量抽水蓄能作為支撐。而國(guó)際社會(huì)對(duì)抽水蓄能的需求，則主要體現(xiàn)在能源轉(zhuǎn)型的最后階段，也就是油氣發(fā)電開始退出和高比例使用可再生能源階段。

由于煤電的靈活性非常差，因此煤電只能給非常少量的風(fēng)光調(diào)節(jié)。所以，中國(guó)的能源轉(zhuǎn)型，除了靠常規(guī)水電的支撐以外，必須要有大量的抽水蓄能。這樣才有可能容納較多的風(fēng)光發(fā)電。除此之外，煤電本身的效益，也非常需要抽水蓄能來保障。只有具備一定數(shù)量的抽水蓄能，才能保障讓煤電機(jī)組，處于基荷運(yùn)行，取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。所以，就中國(guó)的電力而言，無論是目前的以煤電為主，還是今后將從煤炭發(fā)電直接轉(zhuǎn)向可再生能源發(fā)電，都需要大量的抽水蓄能。所以，中國(guó)對(duì)抽水蓄能的需求十分迫切。

4 中國(guó)抽水蓄能的發(fā)展經(jīng)歷了較大的曲折

目前世界上抽水蓄能比例最高的國(guó)家是日本，裝機(jī)超過常規(guī)水電。這主要是得益于日本的電力體制（分區(qū)域競(jìng)爭(zhēng)，廠網(wǎng)一家）非常適合發(fā)展抽水蓄能。因?yàn)樵缙诘某樗钅苤饕菫槊弘?、核電等適合基荷發(fā)電服務(wù)的，通過抽水蓄能的調(diào)節(jié)，讓煤電、核電處于長(zhǎng)時(shí)間的基荷發(fā)電，從而可取得巨大的效益。

中國(guó)的早期電力體制也是發(fā)廠網(wǎng)不分的，所以，在早期的電力發(fā)展規(guī)劃中，也曾經(jīng)規(guī)劃在2020年的抽水蓄能裝機(jī)容量要達(dá)到1億kW。但由于抽水蓄能電站的特點(diǎn)是，運(yùn)行的費(fèi)用在電網(wǎng)側(cè)，但效益卻要產(chǎn)生在發(fā)電側(cè)。因此，2002年在我國(guó)廠網(wǎng)分開的體制改革之后，抽水蓄能的發(fā)展就開始遭到了冷遇。到“十二五”電力規(guī)劃中的2020年，抽水蓄能目標(biāo)已經(jīng)降低到了6000萬kW，“十三五”繼續(xù)降低到了4000萬kW。而實(shí)際結(jié)果是，到了“十三五”末的2020年，我國(guó)的抽水蓄能裝機(jī)容量?jī)H有3100多萬千瓦。

目前即便是中國(guó)這點(diǎn)少得可憐的抽水蓄能，在現(xiàn)實(shí)中其實(shí)也是用處不大的。因?yàn)?，用煤電調(diào)峰，畢竟是發(fā)電廠花錢，而用抽水蓄能調(diào)峰，難免電網(wǎng)要花自己的錢。因?yàn)?，電網(wǎng)在電力行業(yè)中，具有優(yōu)勢(shì)的地位和巨大的話語(yǔ)權(quán)，很長(zhǎng)一段時(shí)間，中國(guó)電力界的主流聲音，總是強(qiáng)調(diào)要建設(shè)煤電給新能源調(diào)峰。因而導(dǎo)致中國(guó)電力行業(yè)的現(xiàn)狀，不僅已經(jīng)是煤電產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，而且如果不讓這些過剩的煤電擔(dān)負(fù)電網(wǎng)的調(diào)峰任務(wù)，煤電廠就活不下去。但如果讓煤電調(diào)峰，抽水蓄能的作用和效益就無法保證[4]。

如果中國(guó)沒有廠網(wǎng)分開的電力體制改革，或者我們電力改革的政策沒有把業(yè)內(nèi)最強(qiáng)勢(shì)的電網(wǎng)企業(yè)放到了能源轉(zhuǎn)型的對(duì)立面，那么中國(guó)目前的11億kW的煤電機(jī)組，很可能只有7億～8億kW，同時(shí)可以增加大量的抽水蓄能，使得中國(guó)的抽水蓄能一方面為煤電調(diào)峰，一方面為風(fēng)光調(diào)峰。不管煤電什么時(shí)候需要退出，抽水蓄能在電網(wǎng)中都是非常有用的。

5 中國(guó)要實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，必須要大力發(fā)展抽水蓄能

大家知道，中國(guó)最近發(fā)布了《抽水蓄能發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021～2035年）》（簡(jiǎn)稱《規(guī)劃》），大幅度地加快抽水蓄能的開發(fā)建設(shè)[5]。為什么呢？因?yàn)樽詮娜ツ?2月，國(guó)家主席習(xí)近平在氣候峰會(huì)上宣布，到2030年，“風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億kW以上”。2021年4月，習(xí)近平在領(lǐng)導(dǎo)人氣候峰會(huì)上強(qiáng)調(diào)：中國(guó)將嚴(yán)控煤電項(xiàng)目，“十四五”時(shí)期嚴(yán)控煤炭消費(fèi)增長(zhǎng)、“十五五”時(shí)期逐步減少。

習(xí)主席的這些承諾，如何得到落實(shí)？中國(guó)當(dāng)前的風(fēng)、光裝機(jī)容量總共才不到6億kW。然而，為滿足這些風(fēng)、光裝機(jī)的入網(wǎng)，中國(guó)現(xiàn)有除風(fēng)、光外的約16億kW裝機(jī)容量（其中11億kW為煤電）幾乎都要為風(fēng)電、光伏的入網(wǎng)提供調(diào)峰服務(wù)保障。接下來不到十年，我國(guó)風(fēng)、光的裝機(jī)容量至少要增加近1倍多，顯然，相應(yīng)其他各類電源顯然都不可能再同比例地增加。此外，中國(guó)要如期實(shí)現(xiàn)“碳中和”，2050年我國(guó)的風(fēng)、光裝機(jī)容量至少要超過50億kW。因此，滿足如此大規(guī)模的風(fēng)、光裝機(jī)的入網(wǎng)需要，根據(jù)目前的技術(shù)水平，我們必須要大力發(fā)展抽水蓄能，專門作為儲(chǔ)能用的調(diào)峰電源。

總之，中國(guó)要實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，必須要大力發(fā)展抽水蓄能。要知道，在正式的《規(guī)劃》頒布之前，《規(guī)劃》的征求意見稿所提出的抽水蓄能建設(shè)目標(biāo)，比這還要高得多。曾要求2035年的抽水蓄能裝機(jī)容量達(dá)到3億kW。后來因?yàn)楦髡髑笠庖姇r(shí)多數(shù)人都認(rèn)為做不到，所以，才回避矛盾降低到了現(xiàn)在正式出臺(tái)的2030年1.2億kW的水平。因此，即使中國(guó)2030年抽水蓄能的裝機(jī)容量達(dá)到了1.2億kW，要想如期實(shí)現(xiàn)“碳中和”還是要有相當(dāng)?shù)碾y度。所以，如果2035年中國(guó)的抽水蓄能裝機(jī)容量達(dá)不到3億kW，必須要采取大規(guī)模開發(fā)常規(guī)水電的方式予以彌補(bǔ)。否則，中國(guó)“碳中和”的目標(biāo)，恐怕還是很難如期兌現(xiàn)。

6 煤電調(diào)峰，別說“碳中和”，連“碳達(dá)峰”都無法實(shí)現(xiàn)

不知道大家是否注意到，其實(shí)中國(guó)早在2013年就曾一度實(shí)現(xiàn)了“碳達(dá)峰”。其原因，就是因?yàn)?009年中國(guó)的煤炭?jī)r(jià)格的高企，國(guó)內(nèi)的煤電行業(yè)普遍出現(xiàn)了成本倒掛的嚴(yán)重虧損，不愿意再新建煤電廠。

所以，在2009年“十二五”的前夜，能源電力行業(yè)幾乎非常一致地把滿足社會(huì)電力需求增長(zhǎng)的希望，寄托在了水電、核電和風(fēng)電上（當(dāng)時(shí)的光伏發(fā)電成本還非常高）。為此，我國(guó)的“十二五”規(guī)劃，曾要求“十二五”期間水電的新開工量達(dá)到1.2億kW。盡管后來我國(guó)的核電發(fā)展規(guī)劃，由于日本福島的“3·11”地震事故而擱淺。但是，僅僅是我們當(dāng)時(shí)大力發(fā)展的水電和風(fēng)電，就已經(jīng)連續(xù)多年滿足了我國(guó)社會(huì)電力需求增長(zhǎng)的需要[6]。

遺憾的是，后來到2012年前后煤炭行業(yè)出現(xiàn)了嚴(yán)重的產(chǎn)能過剩，煤價(jià)出現(xiàn)大幅下跌。煤電企業(yè)的利潤(rùn)大增，新建燃煤電廠的積極性重新高漲。再加上2014年中央審批權(quán)下放，各地新的燃煤電廠建設(shè)規(guī)模嚴(yán)重失控。以至于到2016年，我國(guó)由于全國(guó)性大規(guī)模的“三棄”（棄水、棄風(fēng)、棄光），終于壓制住了我國(guó)可再生能源快速大發(fā)展的良好勢(shì)頭。

風(fēng)電的年新增裝機(jī)容量從最高的年份4千多萬千瓦，猛跌到1千多萬千瓦；水電的投資和年新增發(fā)電量，都比最高峰時(shí)下降了90%左右。社會(huì)新增的電力需求的市場(chǎng)份額，幾乎完全都被煤電奪回。所造成的最后結(jié)果，自然就是我國(guó)的碳排放量從2017年之后，重新恢復(fù)增長(zhǎng)（見圖1）。

圖1 中國(guó)、美國(guó)、歐盟、日本“碳達(dá)峰”到“碳中和”時(shí)間Figure 1 The time node of carbon peak & carbon neutrility in China，USA，EU & Japan

今天，盡管當(dāng)年我國(guó)“社會(huì)用電的增量完全擺脫煤電”的大好局面已經(jīng)喪失，但是，歷史已經(jīng)用無可辯駁的事實(shí)，向我們證明過了：在我國(guó)現(xiàn)有的資源和技術(shù)水平下，已經(jīng)具備了完全依靠可再生能源的增長(zhǎng)，來滿足社會(huì)發(fā)展用電增量的條件和可能（即：完全有條件實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”）。

7 結(jié)束語(yǔ)

如果儲(chǔ)能的科學(xué)技術(shù)不能出現(xiàn)重大的突破，抽水蓄能必將是未來人類“零碳”電力中的絕對(duì)主力。對(duì)于中國(guó)這種直接由高碳向零碳轉(zhuǎn)型的國(guó)家來說，抽水蓄能的需求則更為迫切。這不僅是未來實(shí)現(xiàn)“碳中和”所必須的，而且也是盡快實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”所必須的。所以，從現(xiàn)在開始，中國(guó)就必須要把抽水蓄能的建設(shè)，提到一個(gè)非常重要的議事日程上來。與此同時(shí)，中國(guó)還應(yīng)該吸取教訓(xùn)（實(shí)現(xiàn)了“碳達(dá)峰”之后又出現(xiàn)反復(fù)），盡快肅清違背科學(xué)的倡導(dǎo)“煤電調(diào)峰”的不良影響，否則，不僅抽水蓄能的發(fā)展不可能順利，恐怕連“碳達(dá)峰”的目標(biāo)都難以實(shí)現(xiàn)[7]。所以，“嚴(yán)控煤電”是中國(guó)抽水蓄能大發(fā)展的基本前提。