作者:常烴(天津市中國特色社會主義理論體系研究中心天津社會科學院基地研究員,天津社會科學院生態文明研究所助理研究員)
黨的二十大對碳達峰碳中和提出新的要求,明確要加快規劃建設新型能源體系,統籌水電開發和生態保護。抽水蓄能屬于水電站的一種,具有調峰、填谷、儲能等功能,是經過實踐檢驗的電力系統中最成熟、經濟、低碳、安全的大型調節電源,對于實現電力綠色發展、兌現我國作出的“雙碳”承諾、建成低碳高效的全國統一能源市場,具有戰略意義。現階段我國抽水蓄能規模總量高但占比低,布局東重西輕,儲能轉換并不如愿,整個行業面臨后續深化改革、市場與價格機制以及與生態保護協調發展等多重挑戰,同時也迎來政策調整和技術創新的重大機遇。
一、我國抽水蓄能發展的格局與現狀
規模總量高但占比低。我國抽水蓄能在運和在建規模雖然居世界首位,但占電力總裝機的比例只有1.5%。原因有我國抽水蓄能規模發展起步較晚,加之抽水蓄能建設投資大周期長,相關技術體系和設備要求高等。“十三五”以來,國家出臺優化發展和區域布局的政策文件,抽水蓄能發展加快,有關方面預計2030年將達到占比3%左右。
規模布局“東重西輕”。目前在建抽水蓄能總裝機規模有6153萬kW,主要分別在華東和華北。東部和中部仍是用電負荷重心。“東重西輕”格局主因是由經濟發展總量與電力負荷正相關決定,而抽水蓄能對水頭、地質等要求較高,地理位置、自然條件優良的站址有限。東中部在站址選擇上優于西部,東中部經濟實力和“雙碳”壓力更利于抽水蓄能規模發展。
蓄能行業并不如愿。“廠網分開”實施后,電網側缺乏大規模建設抽水蓄能的熱情。主要是電改初期沒有考慮到抽水蓄能電站初期建設成本的傳導機制問題,導致電網企業負擔較大,建設成本回收遲緩。而利用抽水蓄能調峰就需要電網企業承擔相應的成本費用,因此電網更傾向于使用煤電調峰,將成本轉移給發電廠。設想的抽水蓄能行業功能發揮并不如愿,根源在于忽視了市場的逐利因素。
二、抽水蓄能電站迎來政策調整和技術創新的發展機遇
國家相關政策調整帶來更大的發展機遇。“十四五”以來,我國密集出臺一系列政策鼓勵抽水蓄能電站發展,涉及新能源體系建設、電力體制改革、電力市場建設、電價機制優化,以及抽水蓄能電站建設目標等。《抽水蓄能中長期發展規劃(2021-2035年)》明確,抽水蓄能投產總規模到2025年較“十三五”翻一番,達到6200萬kW以上,到2030年總規模較“十四五”再翻一番,達到1.2億kW左右。同時,有關文件致力于解決長久以來抽水蓄能電站成本回收問題,以及電力輔助服務補償和分攤問題。如國家發展改革委在《關于進一步完善抽水蓄能價格形成機制的意見》中,鼓勵抽水蓄能電站參與輔助服務市場或輔助服務補償機制,上一監管周期內形成的相應收益,以及執行抽水電價、上網電價形成的收益。
技術突破帶來新的發展空間。一是抽水蓄能裝備生產需求提升。根據現有規劃,未來抽水蓄能電站總規模極大增加,對國內各大裝備制造企業的機組生產能力提升提出新要求。作為抽水蓄能行業龍頭企業的哈電電機和東方電機等企業,至今已參與建設抽水蓄能電站共39座,承擔抽水蓄能機組共134臺套,在研發、設計、制造、質量等方面已達到了國際先進水平,未來將迎來更高生產量的需求。二是抽水蓄能機組關鍵技術迎來新機遇。機組型式方面,抽水蓄能機組型式主要有單級式、三機組合式和多級式機組,國內對于抽水蓄能機組的應用仍然主要集中在單級式機組,三機組合式與多級式抽蓄機組均有待研發和關鍵技術攻關。水泵水輪機方面運行穩定性問題極為關鍵,目前在750m以下水頭段已有成熟設計和運行經驗,但750m以上水頭段技術有待研究。發電電動機方面,機組轉動部件受力需滿足材料性能要求,這對磁軛材料、空冷系統設計、電磁設計提出了更高的標準和要求。變頻技術方面,采用變速機組的抽水蓄能電站是一種高效、先進的調峰調頻電源,我國和世界先進水平還有一定差距。三是創新型式的抽水蓄能電站迎來新機遇。國家能源局擬建海水抽水蓄能電站試驗示范項目,設立在福建寧德浮鷹島,裝機暫定4.2萬kW,防止水道或水輪機被化學腐蝕和海洋生物腐蝕將面臨許多具體問題,后續還需解決技術和設備等關鍵問題。項目實施必將促進相關技術的創新與集成,為后續的創新型抽水蓄能發展提供支撐。
三、優化抽水蓄能發展勢在必行
“雙碳”目標將加速我國抽水蓄能發展進入新階段,要發揮好抽水蓄能在綠色發展中的戰略作用,應從四個方面著力。
著力優化布局,拓展抽水蓄能的產業功能。一是要統籌布局,優化重心,提升西部。新增抽水蓄能項目既要避免“撒胡椒面”布局,又要避免“慣性發展”。東中部地區作為負荷重心,應著力拓展抽水蓄能功能,創新抽水蓄能產業空間,使抽水蓄能由“儲能”向“儲能+產業”方向發展。西部地區應統籌生態環境保護與綠色發展,把蓄能與水利資源轉化增值有機結合起來,在提升電站周邊生態環境質量的同時,擴大綠色發展的社會和經濟效益。二是新增電站選址應遵循《關于在抽水蓄能電站規劃建設中落實生態環保有關要求的通知》的相關規定,以及選址所在地的“三線一單”生態環境分區管控方案進行選址。跨行政區域的抽水蓄能項目,更須著眼大局,統籌布局,嚴格生態紅線,加強新建項目開發建設全過程生態環保管理服務和環境風險管控。
著力促進源網荷儲與風光水儲一體化協調發展。源網荷儲和風光水儲一體化,能夠起到穩定電力系統和平衡功率的作用。源網荷儲包含“電源、電網、負荷、儲能”,作為整體運營模式,結合互聯網大數據,能夠精準匹配電源側和負荷側的供需信息,調配電力資源,有效解決清潔能源及時消納以及占比過高導致的電網波動等問題,提高電力系統綜合效率。風光水儲多能互補一體化發展也是提升清潔能源消納水平的重要路徑,優化抽水蓄能的調節能力,更加有利于加快新能源體系形成與發展。同時要結合虛擬電廠建設,提升源網荷儲一體化數字化能力建設。以互聯網為支撐,加強大數據、物聯網、云計算等技術聯合協作,實現電力系統智能化決策和自動化執行,提升電力系統靈活性。
著力推進電力市場體制和運行機制改革。積極落實《關于加快建設全國統一大市場的意見》,加快建設全國統一能源市場,構建全國統一電力市場體系。電力系統的供需平衡有著不同時間尺度的特點,存在小到秒、毫秒,大到十年、二十年的不同時間尺度。如何實現如此跨度的時間到省-區域-全國的地理尺度供需平衡,是構建全國統一電力市場面臨的挑戰。現階段以省級電網為邊界進行電力年度交易和月度交易為主,省級電力現貨交易、區域電網輔助服務在部分區域開展試點,未來將繼續探索更大地理尺度下的省間電力直接交易和多品種有償輔助服務。同時結合全國統一電力市場建設,持續深化電力市場改革,積極發揮碳市場的低成本減碳作用,促進全國碳市場與電力市場耦合發展,充分體現抽水蓄能電站減碳的經濟效應。在此基礎上探索抽水蓄能現有兩部制電價的市場銜接機制,使其平穩過渡到獨立市場主體身份,為多元主體投資建設抽水蓄能提供制度保障。
著力推進抽水蓄能各環節的技術創新與集成應用。在利用現有水電技術改造抽水蓄能電站的同時,要大力推進新型抽水蓄能電站試點示范。例如海水抽水蓄能、閉環離河抽水蓄能等技術,以期達到最小成本、最小環境負效應和最大經濟收益。利用數字化、智能化提高能源系統效率,通過智能電網、虛擬電廠等相關技術手段,將新技術與傳統電站電網相結合實現電網智能化。加強自主創新和聯合攻關,實現抽水蓄能電站關鍵核心技術國產化。支持設備制造業、工程建設單位、電站群三方聯合,集中攻克一批技術難題,帶動國產抽水蓄能裝備制造業邁向高端。
(基金項目:本文系天津社會科學院重點課題《農村綠色發展評價與政策研究》階段性成果,編號(21YZD-10))