抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)和電力市場中的功能定位研究

● 廣東省水利電力規(guī)劃勘測設(shè)計研究院 宋自飛

我國抽水蓄能電站經(jīng)過50年發(fā)展，成為電力系統(tǒng)安全保障和儲能調(diào)節(jié)的堅強(qiáng)支撐。為了從更高層次滿足人民美好生活日益增長對電力消費(fèi)的需要，解決新時代電力發(fā)展不平衡的問題，結(jié)合電力體制改革的深入，進(jìn)一步研究抽水蓄能在電力系統(tǒng)和電力市場中的功能定位，推動抽水蓄能發(fā)展理論深化提升迫在眉睫。在當(dāng)前能源消費(fèi)增長減速換擋、結(jié)構(gòu)優(yōu)化步伐加快、發(fā)展動力開始轉(zhuǎn)換的能源發(fā)展新常態(tài)下，圍繞能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革工作主線，國家能源局將加快抽水蓄能建設(shè)作為推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和補(bǔ)強(qiáng)能源系統(tǒng)短板的重要內(nèi)容，堅持五大發(fā)展理念，圍繞質(zhì)量第一、效益優(yōu)先的原則，強(qiáng)化治理機(jī)制，優(yōu)化支撐平臺，提升社會責(zé)任，確保安全健康發(fā)展。

1 當(dāng)前電力系統(tǒng)中的抽水蓄能電站功能定位

當(dāng)前階段，抽水蓄能在電力系統(tǒng)中以保電網(wǎng)安全穩(wěn)定為主要功能，同時發(fā)揮調(diào)峰填谷、提供消納新能源儲能等綜合功能。

1.1 保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高供電可靠性和供電質(zhì)量

抽水蓄能首要功能是為電網(wǎng)提供 “戰(zhàn)略性”安保服務(wù)。目前，我國電力系統(tǒng)已進(jìn)入大電網(wǎng)運(yùn)行時代，系統(tǒng)內(nèi)電源結(jié)構(gòu)持續(xù)調(diào)整優(yōu)化，給電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來新的挑戰(zhàn)。抽水蓄能利用雙向調(diào)節(jié)技術(shù)優(yōu)勢，平抑系統(tǒng)峰谷波動，提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性，降低風(fēng)險。同時，抽水蓄能機(jī)組啟停靈活、響應(yīng)迅速，通過快速跟蹤適應(yīng)系統(tǒng)負(fù)荷急劇變化、電壓和頻率調(diào)節(jié)需要，并能提供緊急事故備用、黑啟動等動態(tài)服務(wù)功能，提高系統(tǒng)抵御事故沖擊的能力。

1.2 改善燃煤（供熱）機(jī)組和核電機(jī)組運(yùn)行狀況，提升系統(tǒng)安全、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平

隨著電源結(jié)構(gòu)逐步優(yōu)化，系統(tǒng)供需總體平衡有余，燃煤機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷普遍下降、備用時間長，對燃煤機(jī)組金屬部件和設(shè)備損害較大。合理安排抽水蓄能機(jī)組調(diào)峰填谷，可以減少燃煤機(jī)組調(diào)峰幅度和啟停次數(shù)，提高燃煤機(jī)組負(fù)荷率，降低燃料消耗和污染排放，提高設(shè)備運(yùn)行壽命。核電機(jī)組調(diào)峰幅度受技術(shù)和安全制約，而且由于單機(jī)容量大，配合抽水蓄能機(jī)組運(yùn)行，可以有效防范機(jī)組本身和

電網(wǎng)安全的沖擊。

1.3 適應(yīng)新能源持續(xù)快速發(fā)展，提高系統(tǒng)應(yīng)對大規(guī)模新能源并網(wǎng)安全保障和電能消納能力

近年來，我國新能源快速發(fā)展，風(fēng)電、光伏已成為我國新增電源裝機(jī)重要來源。風(fēng)電、光伏電源隨機(jī)性和間歇性特點突出，穩(wěn)定性較差，大規(guī)模并入電網(wǎng)對系統(tǒng)實時平衡、電網(wǎng)安全穩(wěn)定帶來巨大壓力。同時，我國新能源資源與電力需求在地理分布上存在巨大差異，電源一般都遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，必須遠(yuǎn)距離大容量輸送，新能源發(fā)電集中開發(fā)和集中并網(wǎng)后，系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻壓力巨大，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量弱化，加劇電網(wǎng)安全隱患。抽水蓄能電站可以與新能源互補(bǔ)，既可以平滑新能源發(fā)電出力，又可以平衡新能源發(fā)電量的不均衡性、減少新能源對電網(wǎng)的沖擊。同時，抽水蓄能電站的調(diào)峰填谷特性，還能很好地發(fā)揮儲能作用，提升電力系統(tǒng)接納新能源能力。

1.4 促進(jìn)電網(wǎng)安全清潔協(xié)調(diào)和智能發(fā)展，保障特高壓輸電送受端電網(wǎng)安全

建設(shè)以特高壓為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強(qiáng)智能電網(wǎng)，推動電力系統(tǒng)向“廣泛互聯(lián)、智能互動、靈活柔性、安全可控、開放共享”新一代電力系統(tǒng)升級，是未來電力系統(tǒng)發(fā)展必然。利用大型抽水蓄能電站的有功功率、無功功率雙向、平穩(wěn)、快捷的調(diào)節(jié)特性，承擔(dān)特高壓電網(wǎng)的無功平衡和改善無功調(diào)節(jié)特性，對電力系統(tǒng)起到非常重要的無功/電壓動態(tài)支撐作用，有效防范電網(wǎng)發(fā)生故障的風(fēng)險，防止事故擴(kuò)大和系統(tǒng)崩潰。

2 電力市場中的抽水蓄能電站功能定位

2.1 當(dāng)前我國抽水蓄能電站建設(shè)運(yùn)營模式基本情況

當(dāng)前我國抽水蓄能電站的建設(shè)和運(yùn)營主體主要還是以電網(wǎng)公司為主導(dǎo)。近幾年來，國家鼓勵社會資金和其他多種渠道參與抽水蓄能電站的投資建設(shè)。

關(guān)于抽水蓄能電站的效益，主要分為電量效益和容量效益2個部分。抽水蓄能電站的電量效益由發(fā)電和抽水的電量和電價形成。即電量效益=發(fā)電電量×發(fā)電電價-抽水電量×抽水電價。容量電價主要體現(xiàn)抽水蓄能電站提供備用、調(diào)頻、調(diào)相和黑啟動等輔助服務(wù)價值，按照彌補(bǔ)

抽水蓄能電站固定成本及準(zhǔn)許收益的原則核定。

2.2 電力市場中抽水蓄能電站功能定位研究的意義

對抽水蓄能的認(rèn)識由“定性”向“定量”提升，是對抽水蓄能電站能發(fā)展和管理提升的內(nèi)在要求。與其它電源形式相比，抽水蓄能電站功能更多，運(yùn)行方式更復(fù)雜，致使長期以來對其功能價值的研究以定性分析為主，定量分析相對缺失。抽水蓄能電站開發(fā)建設(shè)周期長，投資大，要求抽水蓄能企業(yè)高度重視抽水蓄能的投資決策風(fēng)險，對其功能、價值和市場前景進(jìn)行“定量”分析，提升決策水平，降低決策風(fēng)險。

2.3 電力市場中抽水蓄能電站功能定位研究的主要問題

（1）關(guān)于抽水蓄能電站的運(yùn)行方式。在競爭的電力市場中，電能和輔助服務(wù)的價值通過相應(yīng)的電價得以體現(xiàn)。而在完全開放的電力市場中，電價一般通過市場的競標(biāo)或者雙向合同的談判確定。由于抽水蓄能電站具備良好的調(diào)峰填谷特性以及提供多種輔助服務(wù)的特性，在競爭性的電力市場環(huán)境下，抽水蓄能電站可以發(fā)揮比較大的作用，因此其運(yùn)行方式也會比較特殊和復(fù)雜。

在電力市場條件下，電力調(diào)度機(jī)構(gòu)和電站運(yùn)行管理單位應(yīng)加強(qiáng)對已建抽水蓄能電站運(yùn)行情況和利用狀況的分析，結(jié)合區(qū)域電力系統(tǒng)實際，研究抽水蓄能電站在電力市場中承擔(dān)的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、備用等任務(wù)，以及與新能源電站聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行方案，科學(xué)合理確定抽水蓄能電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，促進(jìn)抽水蓄能電站作用的有效發(fā)揮。電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)該根據(jù)電力市場化改革的發(fā)展情況，不斷調(diào)整完善電價機(jī)制，制定電力系統(tǒng)輔助服務(wù)政策，最終形成以市場起決定性作用的抽水蓄能電站運(yùn)營機(jī)制。

（2）科學(xué)審視抽水蓄能電站的節(jié)煤效益。系統(tǒng)的電源結(jié)構(gòu)對于抽水蓄能的節(jié)煤效益有重大影響。抽水蓄能機(jī)組的節(jié)煤效益，與電網(wǎng)中常規(guī)火電機(jī)組的類型和系統(tǒng)綜合負(fù)荷率有一定關(guān)系，但關(guān)系不大。在不計電站建設(shè)、運(yùn)營成本的情況下，當(dāng)承擔(dān)緊急事故備用功能、基本不發(fā)生抽/發(fā)電量時，抽水蓄能電站的節(jié)煤效益達(dá)到最大值。當(dāng)承擔(dān)調(diào)峰填谷功能時，抽水蓄能電站的節(jié)煤效益隨著抽/發(fā)電量增加而降低。抽水蓄能機(jī)組的節(jié)煤效應(yīng)，不足以支撐其投資和運(yùn)營成本的回收。開展抽水蓄能電站建設(shè)技術(shù)必要性和經(jīng)濟(jì)可行性評價和投資決策，需要進(jìn)一步綜合考慮其他因素，或者尋找別的指標(biāo)。

（3）定量分析電力系統(tǒng)調(diào)頻原理、調(diào)頻需求，科學(xué)評價抽水蓄能電站調(diào)頻服務(wù)能力。常規(guī)意義上的調(diào)頻，主要指一次調(diào)頻、二次調(diào)頻。對于電力系統(tǒng)的售電價而言，一次調(diào)頻和二次調(diào)頻所占比重都是微乎其微的。過度夸大抽水蓄能的調(diào)頻功能，一般都是對調(diào)頻與緊急事故備用（應(yīng)對）功能的混淆。對頻率控制進(jìn)行深入分析，厘清抽水蓄能機(jī)組在不同類型調(diào)頻事件中的功能特點，是認(rèn)識抽水蓄能對電力系統(tǒng)功能的有效切入點，對于準(zhǔn)確把握抽水蓄能的功能有著重要意義。

（4）科學(xué)分析抽水蓄能低谷調(diào)峰基本原理，定量分析抽水蓄能低谷調(diào)峰技術(shù)和經(jīng)濟(jì)價值。就調(diào)峰問題而言，高峰、低谷2個典型時間點的發(fā)電調(diào)整能力，是電力系統(tǒng)容量平衡的關(guān)鍵。針對電力系統(tǒng)的低谷調(diào)峰需求，棄風(fēng)、調(diào)停常規(guī)火電機(jī)組、建設(shè)運(yùn)行抽水蓄能等不同電源方案的技術(shù)價值相當(dāng)。如果要作出科學(xué)的投資決策，需要進(jìn)一步比較不同電源方案的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

以調(diào)峰填谷功能為主的抽水蓄能電站的能量指標(biāo)（電站裝機(jī)容量和機(jī)組利用小時數(shù)）確定原則，應(yīng)以抽水需求為導(dǎo)向，而不是傳統(tǒng)的發(fā)電需求。

抽水蓄能電站在調(diào)峰填谷中的作用，表現(xiàn)為避免常規(guī)火電機(jī)組停機(jī)/重啟調(diào)峰，而不是傳統(tǒng)意義上的降低常規(guī)火電機(jī)組低谷時段發(fā)電煤耗。

調(diào)峰填谷型抽水蓄能的價值，與常規(guī)火電機(jī)組技術(shù)進(jìn)步，特別是低谷調(diào)峰能力的改善和停機(jī)重啟技術(shù)方案和經(jīng)濟(jì)性的變化息息相關(guān)。

3 建議

在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)和當(dāng)前不完全的電力市場環(huán)境條件下，電價并不能完全反映出抽水蓄能電站的功能和價值。在未來的市場環(huán)境下，電力系統(tǒng)中抽水蓄能的功能大致分為兩類：一是為系統(tǒng)提供普通服務(wù)。這類服務(wù)技術(shù)上有替代方案，需要通過經(jīng)濟(jì)性比較，作出投資決策。二是為系統(tǒng)提供戰(zhàn)略性服務(wù)。這類服務(wù)在技術(shù)上沒有替代方案，不容易通過經(jīng)濟(jì)可行性進(jìn)行分析。這類服務(wù)，需要系統(tǒng)的需求方 （電網(wǎng)）就服務(wù)的必要性和合理規(guī)模提出建議，經(jīng)國家有關(guān)部門確認(rèn)后，納入電網(wǎng)容許成本，確定投資收益機(jī)制。

通過以上分析，筆者建議，一是對傳統(tǒng)的抽水蓄能電站功能定位理論進(jìn)行系統(tǒng)全面總結(jié)，為進(jìn)一步分析研究奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。二是建立抽水蓄能電站的功能特性與電力系統(tǒng)需求的具體技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)關(guān)系。三是以功能定位為基礎(chǔ)，形成全面系統(tǒng)的抽水蓄能發(fā)展理論體系、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，投資決策指標(biāo)體系，運(yùn)營監(jiān)管指標(biāo)體系，系統(tǒng)解決項目開發(fā)建設(shè)的技術(shù)必要性、經(jīng)濟(jì)可行性、政策支撐等核心問題?！?/p>