我國二氧化碳排放力爭2030年前達(dá)到峰值，力爭2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。2020年，中央經(jīng)濟(jì)工作會議對做好“碳達(dá)峰、碳中和”工作作出部署，要求“加快調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)，推動煤炭消費(fèi)盡早達(dá)峰，大力發(fā)展新能源”。中央財(cái)經(jīng)委員會第九次會議提出，把碳達(dá)峰、碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局，要構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。未來我國能源結(jié)構(gòu)中，風(fēng)電、光伏等新能源的比重將大幅提升，電網(wǎng)安全運(yùn)行面臨巨大挑戰(zhàn)。抽水蓄能電站是電力系統(tǒng)的主要調(diào)節(jié)電源，對確保電網(wǎng)安全、促進(jìn)新能源消納、推動能源綠色低碳轉(zhuǎn)型具有重要意義。在“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的引領(lǐng)下，積極發(fā)展壯大抽水蓄能恰逢其時(shí)、勢在必行。
保障國家能源安全要求提升電力系統(tǒng)靈活性
能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，低碳能源占比穩(wěn)步提升。2019年和2020年，全國并網(wǎng)風(fēng)電和光電設(shè)備容量占總發(fā)電設(shè)備容量比重分別為20.39%、24.09%，電源中清潔低碳能源占比持續(xù)增加。《中國電力行業(yè)年度發(fā)展報(bào)告2020》顯示，2019年，國家電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)域新能源利用率為96.8%，比上年提高2.7個百分點(diǎn)，調(diào)峰棄水電量比上年減少12.1%。南方電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)域棄風(fēng)率、棄光率均為0.2%，云南棄水電量減少90%。但是，風(fēng)電和光電等低碳清潔能源固有的反調(diào)峰特性，將對電網(wǎng)安全提出更大挑戰(zhàn)，對電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)提出更高要求。
電力需求總量不斷增長，峰谷差持續(xù)擴(kuò)大。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2017~2019年全國發(fā)電量逐年增加，分別為66044.47億千瓦時(shí)、71661.33億千瓦時(shí)、75034.28億千瓦時(shí)。我國電力電量平衡格局總體呈現(xiàn)“電量平衡有余，季節(jié)性用電高峰期間電力平衡能力偏緊”的特點(diǎn)，峰谷差持續(xù)加大。以華東電網(wǎng)為例，2019年峰谷差高達(dá)9520萬千瓦，比2017年增加1885萬千瓦，增長24.7%。峰谷差不斷加大，給電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來更大壓力。
電力用戶對高質(zhì)量電能的需求不斷提高。隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，人們對電能質(zhì)量的要求日益提高。如果電能質(zhì)量惡化，會引起用電設(shè)備的效率和功率因數(shù)降低，損耗增加，壽命縮短，產(chǎn)品品質(zhì)下降，電子和自動化設(shè)備失靈等問題，會對安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益和人民生活造成較大影響。電能具有即發(fā)即用的特點(diǎn)，電力負(fù)荷在隨時(shí)波動，電網(wǎng)運(yùn)行要維持穩(wěn)定的頻率和電壓，需要有靈活的調(diào)節(jié)電源供調(diào)度使用。為滿足電力用戶對高質(zhì)量電能的需要，電網(wǎng)對調(diào)節(jié)電源的需求在不斷增加。
電網(wǎng)緊急安全事件明顯增多。2020年度，國網(wǎng)電力調(diào)度機(jī)構(gòu)緊急調(diào)用需求7442次，同比增加64.61%，累計(jì)時(shí)長19800小時(shí)，同比增長113.2%。2021年1月，受經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇、大范圍寒潮等因素影響，對國內(nèi)電網(wǎng)安全運(yùn)行提出了更高強(qiáng)度的臨時(shí)性調(diào)節(jié)需求。今年2月美國德克薩斯州出現(xiàn)大范圍寒潮，導(dǎo)致包括居民在內(nèi)的電力用戶輪流停電、電力現(xiàn)貨價(jià)格持續(xù)高漲和大面積、長時(shí)間停電事故，我們應(yīng)引以為戒。電力系統(tǒng)應(yīng)急響應(yīng)不到位、備用容量不足、跨區(qū)互濟(jì)能力較弱、市場機(jī)制設(shè)計(jì)存在短板等，是發(fā)生電網(wǎng)安全事故和市場價(jià)格劇烈波動的主要原因。
抽水蓄能電站是保障電網(wǎng)安全的優(yōu)質(zhì)調(diào)節(jié)電源
抽水蓄能是技術(shù)成熟、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好的安全調(diào)節(jié)電源。除具備其他常規(guī)電源和儲能設(shè)施具有的調(diào)峰、調(diào)頻功能作用外，還具有其他常規(guī)電源和儲能設(shè)施不具備的填谷、調(diào)相、事故備用和“黑啟動”等功能。與常規(guī)電源和儲能設(shè)施相比，抽水蓄能電源在技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性上具有絕對領(lǐng)先優(yōu)勢。抽水蓄能比常規(guī)電源調(diào)節(jié)手段多、容量大、效率高，比儲能設(shè)施轉(zhuǎn)換效率高、容量大、壽命長、安全性高。
抽水蓄能還通過發(fā)揮緊急事故備用和“黑啟動”功能保障電網(wǎng)安全。抽水蓄能電源從啟動到滿負(fù)荷發(fā)電僅需2分鐘，可在5分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)發(fā)電與抽水工況的緊急轉(zhuǎn)換，且?guī)缀醪话l(fā)生額外直接成本。與常規(guī)發(fā)電電源相比，性能較好的煤電機(jī)組啟動到滿負(fù)荷一般至少需要8小時(shí)；燃?xì)鈾C(jī)組熱態(tài)情況下從啟動到滿負(fù)荷約2小時(shí)，熱態(tài)情況下啟動一次成本約10萬元。
抽水蓄能電源調(diào)峰容量大，單個電站規(guī)模可達(dá)到120~360萬千瓦；能量轉(zhuǎn)換效率75%~85%；日調(diào)節(jié)一般為5~6小時(shí)；使用壽命長，設(shè)計(jì)壽命30年，水工建筑物50年以上。與儲能設(shè)施相比，技術(shù)相對比較成熟的化學(xué)儲能雖然調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，但容量難以達(dá)到系統(tǒng)級調(diào)峰的規(guī)模，大規(guī)模使用還存在困難。一般化學(xué)儲能滿功率連續(xù)充放電時(shí)間在1~4小時(shí)之間，壽命周期較短多為10年左右，防火安全性問題比較突出?；瘜W(xué)儲能造價(jià)較高，是抽水蓄能的4到6倍左右。
根據(jù)中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟的統(tǒng)計(jì)，截至2019年底，全球已投運(yùn)具備儲能功能的項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模184.6GW，同比增長1.9%；其中抽水蓄能累計(jì)裝機(jī)占比最大，為92.6%，同比增長0.2%，占據(jù)絕對主導(dǎo)地位。截止到2019年底，我國在運(yùn)行的抽水蓄能電站3029萬千瓦，在建容量達(dá)到4635萬千瓦，均遠(yuǎn)超投運(yùn)的170萬千瓦化學(xué)儲能?；瘜W(xué)儲能等其他儲能設(shè)施目前僅適合作為電網(wǎng)調(diào)峰的補(bǔ)充措施。
大力發(fā)展抽水蓄能勢在必行
從世界角度來看，抽水蓄能電站是被廣泛接受且認(rèn)可的綜合性安全調(diào)節(jié)電源。國際可再生能源署(IRENA)的相關(guān)研究也反映了各國的抽水蓄能建設(shè)意向，IRENA展望報(bào)告《電力儲存與可再生能源：2030年的成本與市場》的基本預(yù)測情景中提出，到2030年，全球抽水蓄能裝機(jī)與2017年相比增長幅度約為40%~50%。目前，雖然我國抽水蓄能電站裝機(jī)容量居世界第一，但抽水蓄能裝機(jī)容量占電源總裝機(jī)容量比例僅為1.5%，與發(fā)達(dá)國家相比尚有較大差距。
隨著新能源發(fā)展速度的加快和裝機(jī)規(guī)模的擴(kuò)大，電網(wǎng)運(yùn)行的安全調(diào)節(jié)問題日益突出。建設(shè)合理規(guī)模的抽水蓄能電站，是解決電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻問題、保障電網(wǎng)運(yùn)行安全、促進(jìn)新能源消納及實(shí)現(xiàn)各類電源經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要手段。在我國向世界承諾實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的背景下，預(yù)計(jì)“十四五”期間全國抽水蓄能發(fā)展規(guī)模將在現(xiàn)有抽水蓄能運(yùn)營總?cè)萘康幕A(chǔ)上再增加一倍左右。近日，國家發(fā)改委發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步完善抽水蓄能價(jià)格形成機(jī)制的意見》（發(fā)改價(jià)格[2021]633號），將對促進(jìn)抽水蓄能電站加快發(fā)展?fàn)I造更好的政策環(huán)境。
總之，隨著我國電力需求和能源結(jié)構(gòu)變化、低碳清潔能源快速發(fā)展，在現(xiàn)有抽水蓄能占電源裝機(jī)容量比例較低的情況下，憑借抽水蓄能成熟的技術(shù)優(yōu)勢和優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)保效益，“雙碳”目標(biāo)下抽水蓄能迎來重大發(fā)展機(jī)遇。（國家發(fā)改委價(jià)格成本調(diào)查中心 趙宏）
