陳同法 孫旭偉 殷苗苗 李雪瑩

（1 國網(wǎng)新源控股有限公司 北京 100052 2 華東宜興抽水蓄能有限公司 江蘇宜興 214200）

引言

實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和對于我國長期發(fā)展具有重大戰(zhàn)略目標(biāo)意義，將有效推動我國經(jīng)濟(jì)社會的高質(zhì)量全面發(fā)展，也是我國深入推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的必然選擇。雙碳目標(biāo)的實現(xiàn)將從經(jīng)濟(jì)體系、能源生產(chǎn)和消費體系、生產(chǎn)生活方式等方面全面助推經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的綠色轉(zhuǎn)型，對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級、能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、能源消費側(cè)節(jié)能增效與電氣化以及生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力等方面都提出了更高要求，將推動經(jīng)濟(jì)社會發(fā)生系統(tǒng)性變革，最終實現(xiàn)我國生態(tài)和經(jīng)濟(jì)高度協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展道路。

我國“雙碳”目標(biāo)落實的關(guān)鍵在于能源結(jié)構(gòu)的低碳化，要建成深度脫碳的新型能源體系，實現(xiàn)大比例可再生能源接入的電力系統(tǒng)[1]。抽水蓄能將為這一電力系統(tǒng)的實現(xiàn)提供關(guān)鍵支撐，可再生能源具有間歇性，波動性特征，而抽水蓄能正是能實現(xiàn)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要調(diào)節(jié)電源。此外抽水蓄能電站基本不產(chǎn)生污染物的排放，能有效降低電力系統(tǒng)排放到大氣中的污染物，具有顯著的環(huán)境效益。

同時，碳排放權(quán)交易市場是我國“雙碳”目標(biāo)的重要政策工具，將在碳資源配置上發(fā)揮基礎(chǔ)性和決定性作用，充分發(fā)揮市場機(jī)制的靈活性，有效助力全社會減排成本的降低。具體而言，減排成本低的企業(yè)所實現(xiàn)的超額減排，可獲得盈余碳配額，減排成本高的企業(yè)可通過交易的方式購買該部分配額以實現(xiàn)其減排目標(biāo)。這一機(jī)制一方面實現(xiàn)了全社會的系統(tǒng)性減排，另一方面也有效的實現(xiàn)了減排成本的降低。碳減排機(jī)制則是碳市場的補(bǔ)充機(jī)制，其基本原理是允許碳交易體系外的溫室氣體減排項目所產(chǎn)生的減排量可以作為國家或企業(yè)實現(xiàn)其減排目標(biāo)時“沖抵” 其排放的指標(biāo)來源之一，碳減排機(jī)制為非控排企業(yè)的節(jié)能減排活動提供了參與市場、獲得減排收益的重要渠道。

1 抽水蓄能在雙碳目標(biāo)下的發(fā)展?jié)摿?/h2>

在我國能源綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展的大方向下，風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源裝機(jī)增速顯著，新型電力系統(tǒng)對調(diào)節(jié)電源的需求更加迫切，抽水蓄能機(jī)組良好的技術(shù)特性能很好的適應(yīng)未來電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求。在傳統(tǒng)電網(wǎng)中，抽水蓄能電站是在負(fù)荷低谷時段抽水，存儲系統(tǒng)內(nèi)富余電能。用電高峰或者是系統(tǒng)需要靈活調(diào)節(jié)的時候，那么抽蓄電站就等同于常規(guī)水電，放水發(fā)電為系統(tǒng)提供頂峰電能和輔助服務(wù)，機(jī)組在抽水和發(fā)電生產(chǎn)過程中可以進(jìn)行各種形式的工況轉(zhuǎn)換，根據(jù)系統(tǒng)需要提供靈活調(diào)節(jié)服務(wù)，實現(xiàn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行和能源資源高效利用。隨著我國新能源大規(guī)模并網(wǎng)，抽水蓄能可以通過存儲和轉(zhuǎn)換利用系統(tǒng)富余能源，有效緩解新能源發(fā)電的波動性和隨機(jī)性問題，提高系統(tǒng)消納新能源水平，對電力行業(yè)清潔低碳轉(zhuǎn)型具有顯著的減排效益。

截至2020 年，全球抽水蓄能裝機(jī)容量達(dá)到1.59億千瓦，中國抽水蓄能電站的投產(chǎn)規(guī)模3249 萬千瓦，主要分布在華東、華北、華中和廣東；抽水蓄能電站在建規(guī)模5513 萬千瓦，約60%分布在華東和華北，投運、在建規(guī)模均居世界第一，我國已是世界上抽水蓄能電站裝機(jī)容量最大的國家。對于未來市場空間，電力系統(tǒng)對抽水蓄能、新型儲能等需求巨大。2021 年9 月，國家能源局發(fā)布了 《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021-2035 年）》，規(guī)劃中明確提出到2025 年抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模較“十三五”翻一番，達(dá)到6200 萬千瓦以上；到2030 年，抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模較“十四五”再翻一番，達(dá)到1.2 億千瓦左右；到2035 年，形成滿足新能源高比例大規(guī)模發(fā)展需求的，技術(shù)先進(jìn)、管理優(yōu)質(zhì)、國際競爭力強(qiáng)的抽水蓄能現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)，培育形成一批抽水蓄能大型骨干企業(yè)。國網(wǎng)公司還發(fā)布了“碳達(dá)峰、碳中和”行動方案，提出圍繞電能替代、抽水蓄能、綜合能源服務(wù)等，為產(chǎn)業(yè)鏈上下游提供碳減排服務(wù)，通過市場手段統(tǒng)籌能源電力發(fā)展和節(jié)能減碳目標(biāo)實現(xiàn)。因此，在“十四五”到“十五五”期間，抽水蓄能裝機(jī)總量仍將持續(xù)大幅發(fā)展。

2 抽水蓄能的減排貢獻(xiàn)

抽水蓄能行業(yè)一直是電力行業(yè)碳減排路徑規(guī)劃中的重點內(nèi)容。實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和需要構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，但由于風(fēng)電，光伏的不穩(wěn)定特點，使得新能源的總體利用效率依然較低。在能源體系清潔低碳安全高效轉(zhuǎn)型過程中，電力系統(tǒng)運行特性將發(fā)生顯著變化，需要配備足夠的靈活調(diào)節(jié)電源和儲能設(shè)施。抽水蓄能機(jī)組具有發(fā)電、抽水、發(fā)電調(diào)相、抽水調(diào)相等多種穩(wěn)態(tài)運行工況，工況之間轉(zhuǎn)換靈活[2]。電力負(fù)荷高峰時段，抽蓄機(jī)組一般發(fā)電工況運行，將低谷時段存儲的系統(tǒng)富裕電能轉(zhuǎn)化為“頂峰”電力，緩解系統(tǒng)供需矛盾；在電力負(fù)荷低谷時段，抽蓄機(jī)組一般抽水工況運行，吸收系統(tǒng)富裕電能，通過“填谷”蓄能提升系統(tǒng)運行經(jīng)濟(jì)性；抽蓄機(jī)組通過靈活運行可實現(xiàn)為新能源提供大容量儲能；抽蓄機(jī)組可在發(fā)電與抽水工況之間靈活轉(zhuǎn)換，在電網(wǎng)需要時發(fā)電調(diào)峰、抽水填谷，充當(dāng)儲能角色；同時抽水蓄能機(jī)組在系統(tǒng)中國還可以發(fā)揮低頻切泵、高頻切機(jī)等多種作用[3]。因此，抽水蓄能在保障大電網(wǎng)安全、促進(jìn)新能源消納、提升全系統(tǒng)性能作用巨大，加大加快抽水蓄能開發(fā)建設(shè)更加迫切。

抽水蓄能在多種工況下都可以直接或間接發(fā)揮促進(jìn)新能源消納的作用。

一是在新能源發(fā)電充足而電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力不足時，抽水蓄能及時啟動抽水工況，可作為電力負(fù)荷直接消耗新能源發(fā)電量，有效提升新能源消納空間。

二是在電力負(fù)荷尖峰時段（尤其是面臨調(diào)節(jié)手段不足和新能源消納空間受限的雙重壓力的情況下），抽水蓄能通過發(fā)電工況運行，使電網(wǎng)安全穩(wěn)定度過短暫的尖峰時段，從而在電力系統(tǒng)處于基荷和腰荷時段降低全網(wǎng)火電機(jī)組出力，為新能源發(fā)電騰出空間，間接促進(jìn)新能源消納。

三是在電力負(fù)荷尖峰時段，且系統(tǒng)備用容量嚴(yán)重不足的情況下，抽水蓄能通過備用的方式保證了系統(tǒng)緊急備用和調(diào)節(jié)能力，以常規(guī)電源備用替代的方式為新能源發(fā)電騰挪空間，間接促進(jìn)新能源消納[4]。

（1）抽水蓄能電站承擔(dān)儲能作用促進(jìn)新能源消納

我國大部分電網(wǎng)普遍火電占比較重，且火電具有啟停慢、調(diào)節(jié)范圍有限的特點，使得可再生能源發(fā)電波動性大、不可調(diào)節(jié)等問題難以解決。

假設(shè)系統(tǒng)無抽水蓄能電站，當(dāng)系統(tǒng)中峰谷差大到一定程度時，為滿足系統(tǒng)高峰負(fù)荷需求，必須保證一定容量的火電機(jī)組并網(wǎng)運行，而在當(dāng)天電力負(fù)荷較低時，為保證這些火電機(jī)組低出力運行不停機(jī)，犧牲了系統(tǒng)可消納的新能源空間。當(dāng)存在抽水蓄能電站情況下，抽水蓄能機(jī)組便可充當(dāng)系統(tǒng)用戶角色，當(dāng)新能源大發(fā)力時期開始抽水運行消納新能源發(fā)電，有效提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力。目前，抽水蓄能電站抽水運行已由原來的夜間負(fù)荷低谷抽水逐漸變?yōu)橐归g低谷和中午平峰兩個時段抽水，由原來的低谷消納火電為主轉(zhuǎn)變?yōu)榈凸认{新能源為主，在促進(jìn)新能源消納方面發(fā)揮了直接作用。

（2）抽水蓄能電站承擔(dān)調(diào)峰作用促進(jìn)新能源消納

電網(wǎng)中常規(guī)電源發(fā)電能力在大部分時段內(nèi)可滿足負(fù)荷用電需求，新能源電量基本可以通過多種電源調(diào)節(jié)形式協(xié)同消納，但是在負(fù)荷尖峰時段，有時會面臨調(diào)節(jié)手段不足和消納新能源的雙重壓力。抽水蓄能具有快速響應(yīng)能力和靈活調(diào)節(jié)能力，能夠替代部分火電機(jī)組開機(jī)，從而提升了系統(tǒng)內(nèi)的新能源消納空間。

假設(shè)系統(tǒng)無抽水蓄能電站，在大部分時段，需要保證一定火電機(jī)組以最小經(jīng)濟(jì)處理運行，從而在負(fù)荷尖峰時段機(jī)組滿載運行出力能夠滿足用電需求。當(dāng)存在抽水蓄能電站情況下，在負(fù)荷尖峰時段可以快速響應(yīng)調(diào)節(jié)，選擇用抽水蓄能發(fā)電頂出力，幫助系統(tǒng)平穩(wěn)度過短時負(fù)荷尖峰，從而不需要增開火電機(jī)組，在基荷和腰荷時段為新能源騰出發(fā)電空間，間接的促進(jìn)了新能源消納。

（3）抽水蓄能電站承擔(dān)備用作用促進(jìn)新能源消納

在作為備用間接提升新能源消納空間方面，在負(fù)荷尖峰時段且在系統(tǒng)備用容量不足的情況下，抽水蓄能機(jī)組的備用容量可以在這一關(guān)鍵時刻為電網(wǎng)提供調(diào)整發(fā)電空間的能力，從而確保在負(fù)荷尖峰時段可以通過抽水蓄能機(jī)組代替增開火電機(jī)組，使得在基荷和腰荷時段為新能源發(fā)電騰挪出空間，間接地促進(jìn)了新能源消納。

假設(shè)系統(tǒng)無抽水蓄能電站，在大部分的時段，需要多臺火電機(jī)組以最小經(jīng)濟(jì)處理運行，以保證在負(fù)荷尖峰時段機(jī)組滿載運行出力能夠滿足備用容量需求。當(dāng)存在抽水蓄能電站情況下，在負(fù)荷尖峰時段可以快速的響應(yīng)，從而不需要增開火電機(jī)組，間接的促進(jìn)了新能源消納。

3 目前抽水蓄能企業(yè)參與我國碳市場情況

2011 年10 月，國家發(fā)展改革委下發(fā)《關(guān)于開展碳排放權(quán)交易試點工作的通知》，批準(zhǔn)七個地區(qū)開展碳排放權(quán)交易試點工作，分別為北京、天津、上海、重慶、湖北、廣東和深圳。試點市場自2013 年6 月至2014 年4月間以上各試點陸續(xù)開市交易，2016 年，福建碳市場啟動。試點碳交易市場作為全國碳市場的“試金石”，為全國碳市場建設(shè)積累了寶貴經(jīng)驗。

2021 年1 月5 日，生態(tài)環(huán)境部公布了《碳排放權(quán)交易管理辦法（試行）》，并印發(fā)配額分配方案和首批重點排放單位名單。全國碳市場第一個履約周期于2021年1 月1 日起正式啟動，先期以電力行業(yè)為突破口。目前，我國碳市場的體量已成為全球第一大碳市場，我國碳市場的建設(shè)和運行在全球碳定價機(jī)制發(fā)展史上都具有里程碑式的意義。

2021 年7 月16 日，全國碳市場正式開盤交易，日，開盤價為48.00 元，收盤于51.23 元，漲幅達(dá)6.73%。開盤后第一筆成交價格為48.00 元，此后價格快速上漲觸及52.80 元的漲停價，此后小幅回落。交易首日的成交均價為51.23 元，成交量為410.4 萬噸，成交額達(dá)2.10 億元。當(dāng)前全國碳市場交易產(chǎn)品仍為配額現(xiàn)貨，2021 年下發(fā)的《碳排放權(quán)交易管理辦法（試行）》已明確未來條件成熟后，交易主體將逐步擴(kuò)大范圍，把其他重點行業(yè)納入其中，同時也將接受可再生能源、林業(yè)碳匯、甲烷利用等的減排項目作為抵銷機(jī)制，為全國碳市場納入碳減排機(jī)制奠定了政策基礎(chǔ)。

目前納入國家碳市場的電力企業(yè)僅包括火電企業(yè)，包括燃煤以及燃?xì)鈾C(jī)組，不包括生物質(zhì)發(fā)電、達(dá)到一定比例的摻燒機(jī)組、特殊燃料發(fā)電機(jī)組、自產(chǎn)資源發(fā)電機(jī)組以及其他特殊發(fā)電機(jī)組。各試點地區(qū)納入的電力行業(yè)企業(yè)也以火電企業(yè)為主，其中北京市碳排放權(quán)交易市場納入了國網(wǎng)新源控股有限公司北京十三陵蓄能電廠，是目前全國唯一納入碳市場履約的抽水蓄能企業(yè)，履約的排放量核算邊界為抽水耗電導(dǎo)致的排放。北京試點市場針對抽蓄項目采用的配額分配方案采取了歷史總量法，即配額基于企業(yè)歷史年份排放總量并引入控排系數(shù)確定，對企業(yè)的排放總量提出了控制上限。根據(jù)目前北京市試點市場配額分配方法，抽水蓄能企業(yè)在2019 年度控排系數(shù)為96%，2020 年度控排系數(shù)為92%，這意味著電廠需要在歷史年份排放的基礎(chǔ)上實現(xiàn)4%-8%的排放總量，也即耗電量的下降。

然而從抽水蓄能的發(fā)電機(jī)制來看，抽水蓄能的抽水能耗的最終目的是實現(xiàn)電力系統(tǒng)的高效平穩(wěn)運行以及更多清潔電力的接入。

一方面，抽水蓄能需要滿足電力系統(tǒng)調(diào)度要求進(jìn)行抽水，企業(yè)自身無法主動實現(xiàn)耗電量的控制，當(dāng)前減排目標(biāo)的設(shè)置對企業(yè)減排行動沒有直接的指導(dǎo)意義。另一方面，抽水蓄能的耗能以及排放實際上實現(xiàn)了更大范圍內(nèi)的減排，單就抽水蓄能電廠考慮排放效應(yīng)，實質(zhì)上忽略了抽水蓄能運營為電力系統(tǒng)帶來的更大范圍內(nèi)的減排效益。此外，從國家對抽水蓄能行業(yè)的定位來看，抽水蓄能也是建設(shè)我國新型電力系統(tǒng)的重要舉措，充分肯定了抽水蓄能行業(yè)在“雙碳”目標(biāo)下的減排貢獻(xiàn)。因此，抽水蓄能企業(yè)更適宜以減排者的定位參與碳市場。

減排項目通過參與市場獲取減排收益，能夠引領(lǐng)投資導(dǎo)向，有效助力實現(xiàn)全社會減排成本優(yōu)化。但這一收益的前提需要具備相應(yīng)的針對抽水蓄能企業(yè)的減排方法學(xué)。根據(jù)中國自愿減排交易信息平臺統(tǒng)計，目前存在1 個抽水蓄能相關(guān)小規(guī)模方法學(xué)：CMS-080-V01 在新建或現(xiàn)有可再生能源發(fā)電廠新建儲能電站。該方法學(xué)適用于在新建或現(xiàn)有的可再生能源發(fā)電廠（風(fēng)電/光伏）新建儲能電站，并且應(yīng)與所在電網(wǎng)有獨立的集電線路相連，且電量可以單獨核算。儲能電站與電網(wǎng)間有單獨線路連接，電網(wǎng)用電低谷時，可再生能源發(fā)電廠過剩電力通過輸電線路將電力輸送至儲能電站存儲，電網(wǎng)用電高峰時，儲能電站將可再生能源發(fā)電的電力輸入電網(wǎng)[5]。

因此，對于廣大的并網(wǎng)抽水蓄能項目，仍缺乏普適性方法學(xué)，減排的核算量化方法存在空白。因此，開發(fā)抽水蓄能技術(shù)的減排方法學(xué)是支撐抽水蓄能項目的減排貢獻(xiàn)量化，助力企業(yè)碳資產(chǎn)價值變現(xiàn)的首要途徑。

結(jié)語

“雙碳”目標(biāo)的提出，為新型綠色低碳技術(shù)創(chuàng)造了巨大的發(fā)展空間，各類技術(shù)減排效益的量化，是未來各類技術(shù)“低碳”價值的重要評估標(biāo)準(zhǔn)。同時，我國碳排放權(quán)交易市場已于2021 年7 月正式啟動交易，呈現(xiàn)了較為積極的碳價信號，并且市場規(guī)模還將在十四五期間持續(xù)擴(kuò)大，碳減排機(jī)制的納入也各類技術(shù)提供了獲得減排收益的機(jī)遇。隨著我國抽水蓄能行業(yè)的不斷壯大發(fā)展，行業(yè)企業(yè)也將擁有更多的減排資產(chǎn)。

為進(jìn)一步實現(xiàn)參與碳市場，獲取減排收益，減排量化方法學(xué)的研究是首要工作。并網(wǎng)抽水蓄能電站在減排機(jī)制下難以發(fā)揮作用的主要原因在于其減排機(jī)理的復(fù)雜性和間接性。但經(jīng)本文分析，可以從抽蓄的不同功能實現(xiàn)直接及間接消納可再生能源的角度開展減排機(jī)理及相關(guān)量化方法的進(jìn)一步研究。通過深入分析抽水蓄能電站運行原理及功能，明確抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中的作用，并進(jìn)一步的論證抽水蓄能電站在承擔(dān)儲能、調(diào)峰和備用功能時對新能源進(jìn)行消納的關(guān)鍵原理。

（1）針對抽水蓄能通過儲能功能直接消納新能源，建議可通過對比新能源出力總加曲線和抽水曲線，建立不同情境下被抽水消納的可再生能源電量量化準(zhǔn)則用于計算減排。

（2）針對抽水蓄能通過調(diào)峰作用間接促進(jìn)新能源消納，可通過對比出力曲線計算獲得抽水蓄能電站替代火電開機(jī)容量情況，除去負(fù)荷高峰時段和抽水時段后，將替代出力與新能源出力進(jìn)行對比獲得調(diào)峰促進(jìn)新能源消納電量，用于計算減排。

（3）針對抽水蓄能承擔(dān)備用間接促進(jìn)新能源消納，通過對比負(fù)荷曲線獲得抽水蓄能電站降低系統(tǒng)備用火電機(jī)組開機(jī)容量情況，除去低谷抽水時段和高峰發(fā)電時段后，將替代電量與新能源出力進(jìn)行對比獲得備用促進(jìn)新能源消納電量，用于計算減排。

綜合上述分析，最終建立抽水蓄能電站在承擔(dān)儲能、調(diào)峰和備用作用下消納新能源量化準(zhǔn)則，并形成科學(xué)可行的減排算法，支撐碳資產(chǎn)的價值實現(xiàn)。