中國儲能網(wǎng)訊：1882年, 抽水蓄能電站誕生于瑞士, 自此開始抽水蓄能事業(yè)不斷發(fā)展。近幾年,經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展帶來用電量的持續(xù)增加和負(fù)荷峰谷差的不斷加大, 同時用戶對電力供應(yīng)的安全和質(zhì)量要求也越來越高。抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中具有調(diào)峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用和黑啟動等多種功能, 并能夠快速工況轉(zhuǎn)換, 成為現(xiàn)代電力系統(tǒng)有效的、不可缺少的調(diào)節(jié)工具。因此, 建設(shè)適當(dāng)比例的抽水蓄能電站將有利于優(yōu)化電源結(jié)構(gòu), 保證電網(wǎng)安全, 改善電能質(zhì)量, 在促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展、 環(huán)境保護(hù)和資源節(jié)約利用等方面發(fā)揮巨大作用。
本文介紹了世界上最有代表性的 3 個國家: 日本、英國、美國, 其抽水蓄能的運(yùn)營模式和電價機(jī)制,根據(jù)國外抽水蓄能運(yùn)營經(jīng)驗(yàn), 指出我國需要適度建設(shè)一定規(guī)模的抽水蓄能電站, 并且要研究和制定符合國情的抽水蓄能電價機(jī)制, 才能使我國抽水蓄能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。 1 日本
1.1 電力改革概況
日本全境分為東西2 個電網(wǎng), 采用50Hz 和60Hz2 種頻率運(yùn)行。按供電區(qū)域, 日本電力系統(tǒng)由十大發(fā)供一體的區(qū)域電力公司管轄, 有東京、關(guān)西、中部、九州、東北、中國、四國、北陸、北海道以及沖繩。并且十大電力公司均已發(fā)展為上市公司, 實(shí)行總公司- 分公司的管理體制, 所有公司管理結(jié)構(gòu)采用職能制。20世紀(jì) 90 年代初, 日本開始實(shí)行電力市場化改革,1995 年陸續(xù)出現(xiàn)獨(dú)立發(fā)電商, 2000 年后又出現(xiàn)了以售電為主的新的電力供應(yīng)商( PPS) 。但是, 日本的電力市場改革并沒有打破原電力公司的發(fā)輸配一體化結(jié)構(gòu), 電力公司原有的體系結(jié)構(gòu)繼續(xù)保留, 實(shí)行發(fā)電、輸電、配電、售電垂直壟斷分地區(qū)經(jīng)營, 只是將發(fā)電市場和售電市場放開。1995 年修改了《 電力事業(yè)法》, 將發(fā)電市場放開, 允許新的發(fā)電商進(jìn)入, 并確定了批發(fā)供電的參與條件, 允許設(shè)立電力批發(fā)企業(yè), 旨在提高電力公司的運(yùn)營效率, 并降低全世界最高的電力價格。這次改革致使發(fā)電領(lǐng)域各獨(dú)立發(fā)電商競價積極性大大提高, 發(fā)電市場競爭愈加激烈。1999年, 日本政府第2 次修訂的《電力事業(yè)法》, 決定開放售電市場份額 30%的售電量, 并逐年開放, 到 2004年開放 40%, 2005 年開放 60%。
1.2 抽水蓄能電站運(yùn)營情況
日本一次能源缺乏, 大部分能源需從國外進(jìn)口,日本的電源構(gòu)成中核電占首位, 其次為火電。 因此,電網(wǎng)調(diào)峰、 調(diào)頻以及事故備用的主要手段是抽水蓄能機(jī)組。目前, 日本有41 座抽水蓄能電站, 裝機(jī)容量24.65 GW, 占日本發(fā)電總裝機(jī)容量10 %以上。按照 J- power 發(fā)電公司、東京電力公司分別對不同類型機(jī)組停機(jī) 8 h 后再啟動時的啟動時間進(jìn)行的比較, 抽水蓄能機(jī)組3～5 min, 燃?xì)?、燃油機(jī)組3 h,燃煤機(jī)組4 h, 核電機(jī)組5 d。在日本無論是電力公司, 還是發(fā)電公司都非?？粗爻樗钅軝C(jī)組卓越的求變化和巨大的峰谷差, 抽水蓄能電站性能得到了充分發(fā)揮。
從東京電力公司4座抽水蓄能電站2001年運(yùn)行統(tǒng)計來看, 機(jī)組年發(fā)電利用小時為400～800 h, 并且運(yùn)行時機(jī)組 90%的時間負(fù)荷率在60%～75%。 可見, 在日本主要利用了抽水蓄能電站的調(diào)峰、調(diào)頻、填谷、瞬時運(yùn)行的事故備用能力以及經(jīng)濟(jì)性蓄水。對于抽水蓄能機(jī)組, 日本業(yè)內(nèi)人士已達(dá)成共識: 一是抽水蓄能機(jī)組處于待機(jī)狀態(tài), 是電網(wǎng)備用的需要, 因?yàn)闄C(jī)組的冷態(tài)爬坡速率仍大于火電機(jī)組的熱態(tài)爬坡速率, 所以, 其穩(wěn)定電網(wǎng)的作用很大, 待機(jī)也應(yīng)看作工作; 二是發(fā)電、 抽水運(yùn)行由承租方的需求狀況來決定, 設(shè)備擁有者并沒有必要努力爭取發(fā)電運(yùn)行; 三是可協(xié)調(diào)供給和需求, 選擇負(fù)荷低谷時經(jīng)濟(jì)性蓄水, 做到合理蓄能。
1.3 抽水蓄能電價機(jī)制
日本電價核定遵守 3 個原則: 成本主義原則、公正報酬原則、對用戶公平原則。 在電價測算時, 總成本的確定是以日本電氣事業(yè)會計規(guī)則規(guī)定的營業(yè)費(fèi)用項(xiàng)目為基礎(chǔ), 加上事業(yè)報酬。營業(yè)費(fèi)用主要包括人工費(fèi)、燃料費(fèi)、修繕費(fèi)、折舊費(fèi)、稅費(fèi)、購電費(fèi)、財務(wù)費(fèi)等; 事業(yè)報酬主要是經(jīng)營用資產(chǎn)乘以適當(dāng)?shù)睦麧櫬?利潤率是按不同的發(fā)電類型確定, 抽水蓄能電站在6%。 按照“ 三原則”核定的日本的電價機(jī)制有 2 種:
(1) 租賃制。 日本電源開發(fā)公司在體制上, 是獨(dú)立的電源開發(fā)商, 建設(shè)和經(jīng)營的抽水蓄能電站, 全部采用租賃經(jīng)營模式。
日本的電源結(jié)構(gòu)決定了其最需要瞬間啟動 容量、事故備用容量以及尖峰調(diào)整的能力, 這些只有抽水蓄能機(jī)組最適合承擔(dān), 這需要電力市場輔助服務(wù)機(jī)制、電力市場容量備用評估機(jī)制等辦法的支持, 在日本目前電力體制情況下, 還很難準(zhǔn)確計算, 也很難評估抽水蓄能電站的經(jīng)濟(jì)價值, 因此采用固定容量電費(fèi)模式比較合理。 由于日本電力行業(yè)各界人士對抽水蓄能電站作用達(dá)成的共識, 獨(dú)立電源開發(fā)商的抽水蓄能電站全部采用了租賃模式。 租賃費(fèi)是按成本主義原則, 以電站建設(shè)費(fèi)作為基價的固定電費(fèi)制度, 即把營業(yè)費(fèi)加上事業(yè)報酬全部作為基本費(fèi)用, 用來計算總費(fèi)用。電力公司在租賃協(xié)議中, 明確租賃費(fèi)用、電站運(yùn)行責(zé)任、電網(wǎng)調(diào)度要求等, 租賃費(fèi)的支付與考核掛鉤。租賃費(fèi)作為電力公司購電費(fèi)的一部分,在銷售價格中明確。
(2) 內(nèi)部核算制。 日本電力公司是發(fā)、輸、配、售一體的體系結(jié)構(gòu), 其擁有大量發(fā)電資產(chǎn), 包括抽水蓄能電站。
由于已按總資產(chǎn)核定了電力公司總收入, 電站作為電力公司內(nèi)部下屬單位, 實(shí)行的是內(nèi)部核算模式。 如東京電力公司, 擁有 191 座電站, 裝機(jī)容量61.83 GW, 其中抽水蓄能電站 6.80 GW。 東京電力公司按照 191 座電站綜合經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu), 安排電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行, 抽水蓄能電站與其他電源形成了很好的效益互補(bǔ)。 其經(jīng)濟(jì)價值在電力公司內(nèi)部統(tǒng)一核算。
2 英國
2.1 電力改革概況
1990 年英國實(shí)行電力改革, 從根本上對電力公司進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改組, 在運(yùn)營方式上也進(jìn)行了全面改革, 將原來發(fā)電、輸電、配電統(tǒng)一經(jīng)營的中央發(fā)電局分成 3 個部分:
(1) 發(fā)電部分。建立了獨(dú)立經(jīng)營的國家電力國際公司、國家發(fā)電公司、國家核電公司和一些獨(dú)立的私人發(fā)電企業(yè)。
(2) 輸電部分。 建立了國家電網(wǎng)公司, 主要是掌握輸電網(wǎng)和調(diào)度中心, 并控制與法國、蘇格蘭的互聯(lián)工程。
(3) 配電部分。 組建了 12 個地區(qū)性獨(dú)立經(jīng)營的電力( 配電) 公司, 有部分地區(qū)性公司也具備發(fā)電能力; 在一些地區(qū)還存在一些獨(dú)立( 私營) 的供電公司,直接從事售電業(yè)務(wù)。
2.2 抽水蓄能電站運(yùn)營情況
目前, 英國發(fā)電側(cè)已完全市場化, 由雙邊交易和提前 1 h 的平衡市場組成, 市場的競價結(jié)果決定發(fā)電站效益。 總裝機(jī)容量 75.00 GW 以上, 最大負(fù)荷56.00 GW 以上, 年售電量 310.0 TW ˙h 以上。 發(fā)電構(gòu)成為煤電約占 38%, 核電占 31%, 天然氣電力占27%, 其他電力占 4%。 水力發(fā)電主要集中在蘇格蘭地區(qū), 其容量有限。 英國燃?xì)怆娬救萘看? 是電網(wǎng)的主力調(diào)峰手段。 抽水蓄能電站相對于燃?xì)怆娬救萘枯^少, 主要承擔(dān)尖峰負(fù)荷、容量備用等任務(wù)。
2.3 抽水蓄能電價機(jī)制
由于抽水蓄能機(jī)組的技術(shù)特性和在電網(wǎng)中的特殊作用, 在英國電力市場中, 專門制定了抽水蓄能機(jī)組的競價模式和電價機(jī)制, 明確抽水蓄能電站收入由 2 部分組成( 類似于我國的兩部制電價) : 年度交易中的固定收入( 固定部分) 與競價交易中的電量銷售收入( 變動部分) 。
(1) 固定部分。固定部分基于抽水蓄能電站 2 部分作用的補(bǔ)償, 一部分是對承擔(dān)電網(wǎng)輔助服務(wù), 即快速響應(yīng)、調(diào)頻調(diào)相、黑啟動以及備用等作用的補(bǔ)償,該補(bǔ)償按輔助服務(wù)機(jī)制計算得出, 按年一次性支付;另一部分是對于抽水蓄能機(jī)組參與調(diào)峰、填谷后, 保障了基荷機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行、 提高了基荷機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益, 所作貢獻(xiàn)的補(bǔ)償, 該補(bǔ)償簽訂年度合同明確固定電量和固定電價, 固定電量根據(jù)雙邊市場平衡差額確定( 即調(diào)峰電量) , 固定電價即調(diào)峰電價, 一般較高。在英國電力市場中, 把這個固定部分稱為容量補(bǔ)償, 需與國家電網(wǎng)公司簽訂補(bǔ)償協(xié)議。
英國電網(wǎng)全年簽訂的補(bǔ)償容量是 2.00 GW。 英國 第 一 水 電 公 司 提 供 了 960 MW, 占 48%, 其 中Ffestiniog 電站 360 MW, Dinorwig 電站 600 MW。 英國第一水電公司的補(bǔ)償收入中, 固定收入部分占該公司全年總收入的 70%～ 80%( 其中輔助服務(wù)固定費(fèi)約占 70%) , 變動部分只占 20%～ 30%。
(2) 變動部分。抽水蓄能電站通過參加電力平衡市場交易獲得變動部分收入, 但與一般機(jī)組有所不同, 主要承擔(dān)尖峰負(fù)荷, 所報價格是響應(yīng)尖峰負(fù)荷的價格, 一般是基荷價格的幾倍。抽水蓄能電站與同樣能承擔(dān)尖峰的機(jī)組競價, 具有一定的競爭優(yōu)勢。通過競價交易獲得電量銷售收入, 這部分收入隨著不同時段、不同報價而變動, 完全依靠市場需求和競價交易獲得。
3 美國
3.1 電力改革概況
1992 年公布聯(lián)邦新能源法, 1996 年聯(lián)邦能源管理委員會( FERC) 頒布第 888 號及 889 號法令, 開始對垂直一體化的公用電業(yè)進(jìn)行體制改革。 聯(lián)邦法規(guī)要求在發(fā)、輸、配電各環(huán)節(jié)都進(jìn)行自由、公平的競爭,建立開放的電力躉售市場及零售市場, 規(guī)定廠網(wǎng)分開經(jīng)營, 開放輸電網(wǎng)絡(luò), 實(shí)行電網(wǎng)服務(wù)收費(fèi)等原則?；诿绹穆?lián)邦體制, 各州對電力改革的模式、進(jìn)度及實(shí)施方法等都有權(quán)自行立法, 因此, 各州電力市場的設(shè)計方案、規(guī)則及電業(yè)改革的進(jìn)度都不相同。
3.2 抽水蓄能電站運(yùn)營情況
美國抽水蓄能電站年發(fā)電利用小時數(shù)差別 很大, 部分電站年發(fā)電利用小時數(shù)較高, 最高達(dá) 1 953 h,在系統(tǒng)中主要承擔(dān)調(diào)峰填谷、 促進(jìn)電力系統(tǒng)合理經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的任務(wù)。 有一半抽水蓄能電站年發(fā)電利用小時數(shù)少于 1 000 h, 最少的全年僅 34 h, 它們在系統(tǒng)中除參加調(diào)峰, 主要擔(dān)負(fù)調(diào)頻、調(diào)相、提高電壓穩(wěn)定性和供電質(zhì)量并承擔(dān)事故備用。
此外, 美國多數(shù)抽水蓄能電站每天工況轉(zhuǎn)換次數(shù)大多在 6 次以上, 它們在電力系統(tǒng)運(yùn)行中相當(dāng)活躍, 充分發(fā)揮其動態(tài)效益。
3.3 抽水蓄能電價機(jī)制
由于美國各州電力體制改革的方式不同, 抽水蓄能電站在各州的運(yùn)營存在差異。目前, 美國的抽水蓄能電站大部分由電網(wǎng)公司建設(shè)和經(jīng)營, 電價機(jī)制主要存在以下 3 種:
(1) 電網(wǎng)統(tǒng)一經(jīng)營。對于由電網(wǎng)公司建設(shè)和擁有的抽水蓄能電站, 實(shí)行的是電網(wǎng)統(tǒng)一核算方式, 抽水蓄能電站的運(yùn)行成本以及合理回報等一并計入電網(wǎng)公司銷售電價中, 通過銷售電價回收成本。
(2) 參與電力市場競價。美國加州在電力市場外設(shè)立了以競價為基礎(chǔ)的輔助服務(wù)市場。 抽水蓄能電站可在電力市場和輔助服務(wù)市場間進(jìn)行策略選擇,以獲得最大收益。
(3) 租賃制。 美國 Summit 抽水蓄能電站采用電網(wǎng)租賃經(jīng)營模式。在電站建設(shè)前, 電站投資方與俄亥俄州電力公司簽訂備忘錄, 就電站的租賃容量、電力系統(tǒng)服務(wù)輔助設(shè)施以及調(diào)度控制等方面達(dá)成協(xié)議,最大程度上降低抽水蓄能電站的運(yùn)營風(fēng)險, 并以此作為貸款保證。 電站要保證租賃期間的設(shè)備可用率和機(jī)組啟動成功率。 而電站運(yùn)行中的維修費(fèi)用以及低谷抽水用電都由承租者提供。因此, 容量租賃費(fèi)實(shí)際上只包括建設(shè)投資的償還以及投資者的利潤。 租賃費(fèi)用通過市場峰谷電價及不同供電質(zhì)量的費(fèi)用差異回收。
4 結(jié)論和建議
(1) 建設(shè)一定規(guī)模的抽水蓄能電站是十分必要的。 國外學(xué)者對抽水蓄能電站的功能和作用, 進(jìn)行了大量研究和經(jīng)濟(jì)評價, 充分肯定了抽水蓄能電站的重要價值, 因此抽水蓄能電站的建設(shè)在國外得到了迅速發(fā)展。 特別是日本, 優(yōu)先選擇抽水蓄能機(jī)組作為調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、事故備用等主要手段, 較快地發(fā)展了抽水蓄能電站, 抽水蓄能電站容量已達(dá)到24.00 GW, 占日本總裝機(jī)容量 10%以上。 而我國抽水蓄能電站建設(shè)尚處于發(fā)展初期, 容量不足 6.00 GW,不到全國總裝機(jī)容量的 2%。 盡管如此, 對抽水蓄能電站的作用、 價值以及如何發(fā)展, 仍存在著不同觀點(diǎn)。 在我國節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的形勢下, 適度發(fā)展抽水蓄能電站是非常必要的。但是, 應(yīng)結(jié)合我國各個區(qū)域電源結(jié)構(gòu)、負(fù)荷狀況以及電網(wǎng)需求, 統(tǒng)一規(guī)劃,統(tǒng)一布點(diǎn), 按一定比例適度建設(shè)。
(2) 需要加大抽水蓄能電價機(jī)制研究, 制定出符合我國電力體制的抽水蓄能電價機(jī)制, 使抽水蓄能電站的作用得到充分發(fā)揮。 盡管日本、英國、美國等國的電力體制不同, 抽水蓄能電價模式也不同, 但是對抽水蓄能電站的技術(shù)特性和作用的認(rèn)識是相同的, 在制定各自的電價機(jī)制中, 都給予了充分體現(xiàn),使得其抽水蓄能電站運(yùn)營狀況良好, 對電網(wǎng)也起到了安全穩(wěn)定的支撐。 我國前期運(yùn)行的幾座抽水蓄能電站, 大體采用了 3 種電價模式: 單一電量電價( 響洪甸電站) 、兩部制電價( 天荒坪電站) 、租賃經(jīng)營方式( 廣蓄電站) , 這些電站運(yùn)營狀況良好。 但是, 近幾年我國抽水蓄能電站建設(shè)速度加快, 不少 GW 級的大型抽水蓄能電站陸續(xù)建成, 迫切需要深入研究適合我國國情的電站運(yùn)營模式和價格機(jī)制, 以便引導(dǎo)抽水蓄能電站的發(fā)展。
(3) 研究和確定抽水蓄能電站經(jīng)濟(jì)效益的量化評價標(biāo)準(zhǔn), 是我國抽水蓄能電價機(jī)制的核心問題。抽水蓄能電站在電網(wǎng)中的作用不同于其他電站, 其提供的輔助服務(wù)如何評價、 快速的響應(yīng)速度對電網(wǎng)穩(wěn)定的作用如何評價、經(jīng)濟(jì)蓄能的作用如何計算等, 這一系列靜態(tài)效益和動態(tài)效益的量化分析, 是評價抽水蓄能電站經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵, 也是制定價格機(jī)制的核心。
上述 3 個國家, 采用了不同的價格機(jī)制, 但都較好地解決了抽水蓄能電站經(jīng)濟(jì)效益的量化問題,使得這 3 個國家抽水蓄能電站健康發(fā)展并發(fā)揮了積極作用。鑒于此, 我們應(yīng)該開展多層次的學(xué)術(shù)研究和探討, 科學(xué)評價抽水蓄能電站的作用, 并制定出量化的標(biāo)準(zhǔn), 用于引導(dǎo)我國抽水蓄能電站健康發(fā)展。
(4) 從日本、英國、美國的電力體制狀況和抽水蓄能運(yùn)營模式和電價機(jī)制可見, 英國的抽水蓄能電價相當(dāng)于一種兩部制電價機(jī)制; 日本的租賃制, 弱化了電量競爭、強(qiáng)化了容量效益的模式; 美國的抽水蓄能電價機(jī)制隨各州電力市場模式的不同而有所不同, 但總體上仍體現(xiàn)了容量和電量的 2 部分收益。從國外經(jīng)驗(yàn)來看, 抽水蓄能電站在電網(wǎng)中發(fā)揮著不可替代的作用, 建立一個符合我國電力體制實(shí)際的抽水蓄能電站建設(shè)和運(yùn)營體系, 確保抽水蓄能電站充分發(fā)揮作用是十分迫切的。
