新型電力系統(tǒng)對(duì)抽水蓄能的需求及未來(lái)發(fā)展建議

積極試點(diǎn)抽水蓄能以市場(chǎng)獨(dú)立主體參與電力市場(chǎng)交易的方式，探索電力中長(zhǎng)期交易、現(xiàn)貨交易、輔助服務(wù)市場(chǎng)交易規(guī)則和盈利模式。探索抽水蓄能與新能源、核電的合作交易方式，引導(dǎo)營(yíng)收模式的多元化。

本文作者：董超 南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司

2021年3月15日，習(xí)近平總書(shū)記對(duì)電力發(fā)展作出重要部署，強(qiáng)調(diào)要構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)作出中國(guó)的貢獻(xiàn)。新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，將重構(gòu)電力生產(chǎn)、消費(fèi)、儲(chǔ)運(yùn)格局，對(duì)電力的綠色可持續(xù)發(fā)展提供了可行的解決方案。隨著新型電力系統(tǒng)的推進(jìn),電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)高比例可再生能源、高比例電力電子設(shè)備的“雙高”特征，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)挑戰(zhàn)。而抽水蓄能作為目前世界上技術(shù)最成熟的儲(chǔ)能方式，具有容量大、響應(yīng)快、可靠性高的特點(diǎn)，勢(shì)必為新型電力系統(tǒng)安全運(yùn)行提供重要支撐和保障，在新型電力系統(tǒng)中更好地發(fā)揮穩(wěn)定器、調(diào)節(jié)器、平衡器的作用。

一、新型電力系統(tǒng)的發(fā)展前景

截至2020年底，我國(guó)煤電裝機(jī)10.8億千瓦，占比49.1%，發(fā)電量占比為60.8%；而風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機(jī)5.3億千萬(wàn)，占比24.3%，發(fā)電量?jī)H占9.5%。為積極應(yīng)對(duì)全球氣候變化，2030年風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億千瓦以上，新能源發(fā)電量占比預(yù)計(jì)將提高到25%以上。

我國(guó)幅員遼闊和能源資源分布的不均衡性，決定了由遠(yuǎn)距離、高電壓、大容量的特高壓交直流線路構(gòu)成電網(wǎng)的主網(wǎng)架，同時(shí)大規(guī)模接入的新能源發(fā)電的波動(dòng)性、不穩(wěn)定性，都將增加電力系統(tǒng)的復(fù)雜性，大電網(wǎng)安全問(wèn)題日益突出。2019年8月9日英國(guó)倫敦大停電、2020年8月14日美國(guó)加州大停電的事后調(diào)查報(bào)告，均將事故原因指向了新能源的高比例接入、機(jī)組涉網(wǎng)性能指標(biāo)不達(dá)標(biāo)、電網(wǎng)頻率特性差、系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力不足等因素。抽水蓄能在電源負(fù)荷集中點(diǎn)建設(shè)，具有容量大、調(diào)節(jié)速度快、可靠性高的特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外歷次停電事故事件中有效地防止了事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。

二、新型電力系統(tǒng)對(duì)抽水蓄能發(fā)展的需求

隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)的推進(jìn)，抽水蓄能的作用將日益凸顯，電網(wǎng)對(duì)其高質(zhì)量發(fā)展也提出了需求，具體有以下幾個(gè)方面。

（一）要規(guī)模化快速建設(shè)，滿(mǎn)足新型電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的需求

截至2020年底，我國(guó)抽水蓄能裝機(jī)容量占比僅為1.43%，與其他國(guó)家相比存在較大差距，日本在役抽水蓄能裝機(jī)占電源總裝機(jī)的比重最高，達(dá)到8.5%，其次為意大利、西班牙、德國(guó)、法國(guó)，比重在3.5%～6.6%之間。

新型電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力無(wú)法一蹴而就。在新能源大規(guī)模發(fā)展、電力系統(tǒng)靈活性亟待提升的背景下，抽水蓄能不僅是當(dāng)前最成熟的儲(chǔ)能技術(shù)，而且是增強(qiáng)電力系統(tǒng)應(yīng)對(duì)事故能力、保障電力系統(tǒng)安全可靠且全生命周期環(huán)境效益最明顯的規(guī)?；瘍?chǔ)能手段。新型電力系統(tǒng)在發(fā)展新型能源的同時(shí)，必定要發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)以保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行，只有兩者協(xié)調(diào)發(fā)展才能保障新型電力系統(tǒng)的有序推進(jìn)。

（二）要國(guó)產(chǎn)化自主供應(yīng)，滿(mǎn)足新型電力系統(tǒng)自主可控的要求

隨著國(guó)內(nèi)仙居、深圳等蓄能電站的建成，抽水蓄能的發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)等國(guó)產(chǎn)化主機(jī)設(shè)備已經(jīng)得到了工程驗(yàn)證；勵(lì)磁、SFC（靜止變頻器）、監(jiān)控系統(tǒng)也逐步開(kāi)始國(guó)產(chǎn)化試點(diǎn)。作為電力系統(tǒng)穩(wěn)定器、調(diào)節(jié)器、平衡器，要求抽水蓄能具備更高的可靠性，在一些關(guān)鍵的核心元器件和工藝材料方面，國(guó)產(chǎn)設(shè)備仍存在可靠性不足、性能不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。目前發(fā)電機(jī)設(shè)備的絕緣材料主要還依賴(lài)進(jìn)口；適用于大電流頻繁開(kāi)斷的發(fā)電機(jī)出口斷路器、勵(lì)磁系統(tǒng)直流開(kāi)關(guān)依舊被部分國(guó)外廠家壟斷；電力控制系統(tǒng)的核心芯片仍然不能自主應(yīng)用；勵(lì)磁系統(tǒng)、SFC系統(tǒng)的關(guān)鍵核心器件依舊依賴(lài)進(jìn)口；高可靠性的液壓適配閥、電磁閥、高精度傳感器仍是國(guó)外產(chǎn)品占市場(chǎng)主導(dǎo)地位。

隨著新型電力系統(tǒng)的發(fā)展，必然要求減少對(duì)國(guó)外廠家的供應(yīng)鏈依賴(lài)，降低抽水蓄能的建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本，促進(jìn)國(guó)內(nèi)上下游產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，促進(jìn)形成以國(guó)內(nèi)大循環(huán)為主的新發(fā)展格局。構(gòu)建新型電力系統(tǒng)背景下，抽水蓄能規(guī)?；ㄔO(shè)為自主國(guó)產(chǎn)化研發(fā)和應(yīng)用提供了廣大的市場(chǎng)，設(shè)備的自主可控國(guó)產(chǎn)化是必然趨勢(shì)。國(guó)產(chǎn)化設(shè)備的“最后一公里”攻克勢(shì)在必行，抽水蓄能的關(guān)鍵核心技術(shù)必定要實(shí)現(xiàn)自主可控。

（三）要智能化經(jīng)濟(jì)調(diào)度，滿(mǎn)足新型電力系統(tǒng)智能運(yùn)行的要求

抽水蓄能憑借啟?？臁⒐r轉(zhuǎn)換靈活等特點(diǎn)，在電網(wǎng)中發(fā)揮著調(diào)峰調(diào)頻、調(diào)相調(diào)壓、黑啟動(dòng)備用等功能。其功能通過(guò)電力調(diào)度的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，其運(yùn)行性能通過(guò)運(yùn)行和設(shè)計(jì)指標(biāo)來(lái)衡量。運(yùn)行指標(biāo)主要包括啟動(dòng)成功率、等效可用系數(shù)、強(qiáng)迫停運(yùn)率、綜合效率、利用小時(shí)數(shù)等；設(shè)計(jì)指標(biāo)主要是發(fā)電上網(wǎng)電量、抽水下網(wǎng)電量等。但是這些指標(biāo)未能完全覆蓋抽水蓄能的作用，旋轉(zhuǎn)備用、負(fù)荷調(diào)節(jié)、事故備用等功能無(wú)法通過(guò)上述指標(biāo)完全衡量。這給抽水蓄能的功能發(fā)揮和調(diào)度評(píng)價(jià)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

新型電力系統(tǒng)需要構(gòu)建清潔、低碳、安全、高效能源體系，需要在保證安全裕度的條件下最大限度地吸收新能源并網(wǎng)電量。這就要求抽水蓄能在靈活、經(jīng)濟(jì)、可靠、智能調(diào)度下發(fā)揮其最大價(jià)值，能夠定量地進(jìn)行功能評(píng)價(jià)。

（四）要專(zhuān)業(yè)化精益管理，滿(mǎn)足新型電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行的要求

抽水蓄能電站受投產(chǎn)時(shí)間、運(yùn)營(yíng)方式、地質(zhì)條件、設(shè)備選型、裝機(jī)規(guī)模、技術(shù)水平、設(shè)備狀態(tài)、調(diào)用機(jī)制等因素影響，電站運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)存在差異，設(shè)備運(yùn)行可靠性也存在較大不同。抽水蓄能的高轉(zhuǎn)速、啟停頻繁、工況轉(zhuǎn)換多等特點(diǎn)導(dǎo)致設(shè)備故障率較高，運(yùn)維的復(fù)雜程度也較高。

新型電力系統(tǒng)對(duì)安全運(yùn)行提出了更高要求。抽水蓄能應(yīng)更好地發(fā)揮調(diào)峰調(diào)頻、事故備用的功能。需要對(duì)抽水蓄能設(shè)備更專(zhuān)業(yè)地管理，提升設(shè)備安全運(yùn)行水平和可靠性，提升資產(chǎn)使用效益，實(shí)現(xiàn)電站運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)、效能、成本綜合最優(yōu)。

（五）要市場(chǎng)化高效運(yùn)營(yíng)，滿(mǎn)足新型電力系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展的要求

《國(guó)家發(fā)展改革委關(guān)于進(jìn)一步完善抽水蓄能價(jià)格形成機(jī)制的意見(jiàn)》完善了容量電價(jià)核定機(jī)制，規(guī)定了以競(jìng)爭(zhēng)性方式形成電量電價(jià)，健全了抽水蓄能電站費(fèi)用分?jǐn)偸鑼?dǎo)方式，建立起完整的成本回收與分?jǐn)倷C(jī)制，解決了電費(fèi)“如何疏導(dǎo)”的問(wèn)題。同時(shí)經(jīng)營(yíng)期內(nèi)資本金內(nèi)部收益率按6.5%核定，給予了較為穩(wěn)定的預(yù)期投資回報(bào)，對(duì)社會(huì)資本參與抽水蓄能投資建設(shè)起到激勵(lì)作用，有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。但是抽水蓄能參與市場(chǎng)的方式存在一定的不確定性。電量按照市場(chǎng)定價(jià)進(jìn)行結(jié)算，又不參與市場(chǎng)交易，僅依靠調(diào)度進(jìn)行管控，給后續(xù)的盈利方式帶來(lái)了不利因素。

新型電力系統(tǒng)的健康持續(xù)發(fā)展需要建立健全市場(chǎng)價(jià)格體制，通過(guò)市場(chǎng)機(jī)制理順新能源和抽水蓄能的盈利模式，促進(jìn)新型電力系統(tǒng)的的穩(wěn)定經(jīng)營(yíng)。

三、抽水蓄能后續(xù)發(fā)展的思考及建議

（一）利益多元推動(dòng)建設(shè)的健康有序發(fā)展

一是鼓勵(lì)投資主體多元化，試點(diǎn)使用REITs（基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域不動(dòng)產(chǎn)投資信托基金）籌措資金，解決抽水蓄能建設(shè)周期長(zhǎng)、一次投入大、回收利潤(rùn)時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，促進(jìn)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。二是要建立抽水蓄能的價(jià)值鏈整合平臺(tái)，推動(dòng)設(shè)計(jì)一體化、設(shè)備制造標(biāo)準(zhǔn)化、基建建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化，將建設(shè)經(jīng)驗(yàn)歸納總結(jié)形成標(biāo)準(zhǔn)，加速工程建設(shè)的規(guī)?；焖侔l(fā)展。三是將地方政府、當(dāng)?shù)匾泼窦{入統(tǒng)一利益共同體，完善地方政府稅收、鄉(xiāng)村振興等配套措施，加快解決項(xiàng)目在地方落地難的問(wèn)題。四是要建立以最低造價(jià)形式競(jìng)標(biāo)抽水蓄能站點(diǎn)的建設(shè)模式，降低建設(shè)成本，不斷優(yōu)化體制和機(jī)制，形成良性循環(huán)。

（二）科技創(chuàng)新提速設(shè)備的自主可控制造

一是對(duì)于市場(chǎng)范圍應(yīng)用廣、行業(yè)適用性強(qiáng)的技術(shù)，依托行業(yè)的科技發(fā)展逐步在抽水蓄能相關(guān)設(shè)備上推動(dòng)試點(diǎn)應(yīng)用，如電力芯片、核心電力電子器件等產(chǎn)品。二是對(duì)于市場(chǎng)應(yīng)用較窄、行業(yè)適用性窄的技術(shù)，與設(shè)備廠家聯(lián)合建立科技攻關(guān)項(xiàng)目，進(jìn)行研制、試點(diǎn)、推廣，如適用于大電流頻繁開(kāi)斷的發(fā)電機(jī)出口斷路器、勵(lì)磁系統(tǒng)直流開(kāi)關(guān)等。三是對(duì)于涉及材料基礎(chǔ)科學(xué)的研發(fā)應(yīng)用，依托科研院所、設(shè)備制造企業(yè)聯(lián)合研發(fā)，利用抽水蓄能行業(yè)的規(guī)?；l(fā)展效應(yīng)，推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研的合作。

（三）智能調(diào)度確保功能的高效智能發(fā)揮

一是建立抽水蓄能與新能源消納的靈活調(diào)用機(jī)制，以最大化消納新能源、確保電網(wǎng)安全、綜合成本最優(yōu)為目標(biāo)，以數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)為載體，建立智能調(diào)度的策略。二是建立抽水蓄能綜合評(píng)價(jià)機(jī)制，解決抽水蓄能功能發(fā)揮相互沖突而帶來(lái)的評(píng)價(jià)難題，引導(dǎo)調(diào)度的合理調(diào)用，最大化發(fā)揮抽水蓄能能力。三是適時(shí)考慮獎(jiǎng)懲機(jī)制，對(duì)抽水蓄能功能發(fā)揮進(jìn)行考核，推動(dòng)運(yùn)營(yíng)管理水平的整體提升。

（四）資產(chǎn)管理提升設(shè)備的綜合利用效能

一是建立適用于抽水蓄能的資產(chǎn)全生命周期管理體系，以體系標(biāo)準(zhǔn)、業(yè)務(wù)框架、職能要求為載體形成標(biāo)準(zhǔn)，從規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、工程建設(shè)、維護(hù)檢修、退役報(bào)廢全生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)統(tǒng)一業(yè)務(wù)目標(biāo)，提升設(shè)備的安全可靠性，發(fā)揮設(shè)備的最大效力和價(jià)值，實(shí)現(xiàn)在設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)、成本、效益方面的綜合最優(yōu)。二是適時(shí)推進(jìn)抽水蓄能設(shè)備的狀態(tài)檢修，借鑒以可靠性為中心的管理理念提升設(shè)備的可靠性管理，最大化地提升設(shè)備的利用效能。三是推進(jìn)數(shù)字化建設(shè)水平，提升資產(chǎn)設(shè)備的全時(shí)空感知能力，推動(dòng)管理效率的提升。

（五）參與市場(chǎng)促進(jìn)經(jīng)營(yíng)的合規(guī)高效發(fā)展

一是積極試點(diǎn)抽水蓄能以市場(chǎng)獨(dú)立主體參與電力市場(chǎng)交易的方式，探索電力中長(zhǎng)期交易、現(xiàn)貨交易、輔助服務(wù)市場(chǎng)交易規(guī)則和盈利模式。二是探索抽水蓄能與新能源、核電的合作交易方式，引導(dǎo)營(yíng)收模式的多元化。三是探索抽水蓄能規(guī)?；l(fā)展后對(duì)社會(huì)整體電價(jià)的影響，形成更加充分反映用電成本、供求關(guān)系和資源稀缺程度的電價(jià)機(jī)制。

四、結(jié)語(yǔ)

構(gòu)建新型電力系統(tǒng)切合新發(fā)展理念，對(duì)抽水蓄能的發(fā)展提出了迫切的需求。抽水蓄能需要在建設(shè)規(guī)模提速、設(shè)備制造自主可控、智能調(diào)度、資產(chǎn)管理、市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)方面解決關(guān)鍵問(wèn)題，才能更好地發(fā)揮電網(wǎng)穩(wěn)定器、調(diào)節(jié)器、平衡器的作用。