雙碳目標(biāo)下安徽抽水蓄能產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究

安徽理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院 程龍君，丁梟

隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，人類生產(chǎn)活動對于能源的需求與日俱增，然而由于化石能源逐漸變得稀缺且會引發(fā)環(huán)境問題，可再生能源發(fā)展正方興未艾。2020年“雙碳”目標(biāo)的提出，更是標(biāo)志著我國將全力向清潔低碳的新型能源進(jìn)行轉(zhuǎn)型。在此形勢下，安徽作為長三角地區(qū)中重要的電力傳輸樞紐，迫切需要建立可以保證電力網(wǎng)絡(luò)平穩(wěn)運(yùn)行的能源基地。

水電具有分布性廣、靈活性高、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)勢，是被廣為利用的可再生能源。截止到2017年，全球水電裝機(jī)容量12.67億kW，年發(fā)電量為42000億kW·h，超過其他可再生能源發(fā)電量總和的兩倍。其中抽水蓄能電站占儲電項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)容量的95.74%，全球裝機(jī)規(guī)模為170.7GW。

一、發(fā)展概況

2020年，中國出席聯(lián)合國會議時(shí)，作出在10年后實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、在40年后達(dá)到碳中和的承諾，這是惠及全人類的重大承諾，更向世界展現(xiàn)了大國擔(dān)當(dāng)。對于抽水蓄能產(chǎn)業(yè)來說，這無疑是給抽蓄技術(shù)騰飛發(fā)展的進(jìn)程加上了助推器。理想浩大，但過程漫長。2021年是提出決策的第二年，目前來看實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)仍是一個(gè)漫長艱難的挑戰(zhàn)。

長三角由上海市、江蘇省、浙江省、安徽省組成，由于“東電西送”的實(shí)施，安徽是長三角片區(qū)建設(shè)特高壓直流工程的必不可少的過渡段。2021年，白鶴灘至江蘇±800kV特高壓項(xiàng)目在本省正式開工。“十四五”召開之后，這是第一個(gè)開始的“新基建”特高壓工程。推進(jìn)“外電入皖”，幫助提高安徽電力網(wǎng)絡(luò)的可規(guī)劃資源配置布局，提高安徽省、江蘇省、浙江省和上海市所構(gòu)成的長三角區(qū)域內(nèi)的電能聯(lián)動與互濟(jì)互保，可以進(jìn)一步發(fā)揮安徽省區(qū)位優(yōu)勢和資源優(yōu)勢，保障長三角區(qū)域經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展、社會穩(wěn)定運(yùn)行，從“外電入皖”到“皖電東送”，安徽電網(wǎng)從純粹的電力送出省份轉(zhuǎn)為送電受電同時(shí)并舉的省份。

二、機(jī)遇

（一）需求空間

在實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)、構(gòu)建新型電力系統(tǒng)背景下，新能源將成為電能供給增長的主體。而新能源中有代表性的風(fēng)電和太陽能，由于氣候復(fù)雜多變，往往會造成棄風(fēng)棄光的情況。隨著電網(wǎng)建設(shè)與技術(shù)的進(jìn)步，核電技術(shù)、超高壓遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)和柔性直流電網(wǎng)對電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力、清潔能源并網(wǎng)和維護(hù)電力網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合穩(wěn)定運(yùn)行劃定了更嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)。

抽水蓄能是目前最為精進(jìn)的大型儲能技術(shù)，在建設(shè)新型電力網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮了重要作用：調(diào)峰調(diào)頻、事故備用等，優(yōu)化電能質(zhì)量，維護(hù)電力網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合穩(wěn)定進(jìn)行；將棄風(fēng)棄光電量轉(zhuǎn)變?yōu)槌樗娏?，再承?dān)起“腰荷”供電以達(dá)到節(jié)能的目的。

隨著核能、風(fēng)能、太陽能、電化學(xué)儲能技術(shù)的迅猛發(fā)展，與抽水蓄能電站的技術(shù)革新與并行開發(fā)，擁有運(yùn)行穩(wěn)定、啟停迅速的抽蓄電站將會迎來新的發(fā)展空間，實(shí)現(xiàn)多能互動、協(xié)同互補(bǔ)，對新型能源的消納作用和儲存能力進(jìn)行不斷提升。

（二）政府政策

根據(jù)《安徽省國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃》：要改進(jìn)抽蓄電價(jià)形成機(jī)制，注重可利用的水電資源，加快建成長三角千萬kW級綠色儲能基地的進(jìn)度。目前，安徽省著力于建設(shè)長三角地區(qū)的特高壓落點(diǎn)，同時(shí)著手白鶴灘至浙江的特高壓工程的提早準(zhǔn)備。此外，文件還指出，要進(jìn)一步優(yōu)化電力網(wǎng)絡(luò)維穩(wěn)運(yùn)行能力，開展電化學(xué)等新型儲能資源的科技創(chuàng)新，由此再對消納能力和儲電能力進(jìn)行提升，使新型能源的應(yīng)用研究前景再次拓寬。目前，安徽省鼓勵(lì)開展抽蓄電站結(jié)合可再生能源如風(fēng)電、太陽能、電化學(xué)儲能等開發(fā)研究，致力于維護(hù)電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和新型電力能源的消納水平。

（三）技術(shù)研發(fā)

研究表明，二十年后我國的廢棄礦井總體數(shù)量約為15,000個(gè),其中有1/3的廢棄礦井為水資源豐富礦井，同時(shí)廢棄礦井地下空間約60萬m3/礦，利用潛力巨大。廢棄礦井的地下空間和地下水資源符合建設(shè)抽水蓄能電站的必須要求。其中地下空間的低洼區(qū)、塌陷區(qū)符合抽蓄電站的上下水庫建設(shè)條件，可以減少重復(fù)建設(shè)工程量，且礦井水也得以發(fā)揮了作用。利用廢棄礦井資源去開發(fā)抽蓄電站的方案，是一個(gè)前景廣闊的有利探索。將廢棄礦井改為抽水蓄能電站的技術(shù)難點(diǎn)在于要將礦井空間改造為無泄漏能蓄水的地下水庫，而此項(xiàng)技術(shù)在2010年已經(jīng)投入研究，廢棄礦井改造為抽水蓄能電站成功的已有先例——由德國煤礦巨頭魯爾集團(tuán)開發(fā)的世界首座200MW電站。將廢棄礦井開發(fā)為抽水蓄能電站的相關(guān)技術(shù)，可以為我國啟用廢棄礦井、調(diào)整新型能源結(jié)構(gòu)、踐行生態(tài)保護(hù)等提供參考。

（四）電費(fèi)新規(guī)

2021年5月，國家發(fā)改委有關(guān)負(fù)責(zé)人明確表示，本次進(jìn)一步完善分時(shí)電價(jià)機(jī)制，此舉措的直接意義在于可以增加峰谷電價(jià)的價(jià)格差距，其最終意義在于可以引導(dǎo)電力用戶主動自發(fā)地進(jìn)行削峰填谷，從而使儲能市場的電價(jià)有了新的參考標(biāo)準(zhǔn)。

目前，我國電力市場尤其是新型電能市場的價(jià)格機(jī)制還不夠完善，在此情況下若想回收電站建設(shè)投資成本，兩部制電價(jià)即是較為合理的價(jià)格機(jī)制。兩部制電價(jià)模式由電量電價(jià)和容量電價(jià)組成，抽蓄電站削峰填谷的服務(wù)性價(jià)值可以由前者得到體現(xiàn)，抽蓄電站在調(diào)頻調(diào)相、啟停迅速、容量充裕性的價(jià)值可以由后者得到體現(xiàn)。抽水蓄能電站建設(shè)成本得以回收后，其平穩(wěn)工作也將得以保障。以競爭性方式來決定電量電價(jià)，通過競標(biāo)來進(jìn)行采購，可以使電價(jià)有合理的參考制定標(biāo)準(zhǔn)。民調(diào)顯示，多數(shù)人支持兩部制電價(jià)，接收電費(fèi)上漲，支持推進(jìn)“雙碳”目標(biāo)的達(dá)成。

三、挑戰(zhàn)

（一）地理因素

從地理位置上看，安徽省位于華東內(nèi)陸，地處長江下游與淮河中游，流經(jīng)長江、淮河與錢塘江。降水量主要在汛期，且多數(shù)情況下會導(dǎo)致洪水。降雨年內(nèi)變化也較大，每年夏季的降雨量超過全年的六成。省內(nèi)水力資源大部分在地形起伏大且雨量較多的皖南山區(qū)，水南多北少、區(qū)域間不均衡，水力資源供需矛盾突出。同時(shí)不同年份的降雨量懸殊，這導(dǎo)致安徽省內(nèi)水力資源比較匱乏，每年每季水力豐枯變化較為劇烈。因此，受氣候影響，水力發(fā)電難以保證穩(wěn)定出力，發(fā)展?jié)摿Σ蛔?。此外，因受水庫征地補(bǔ)償限制，十四五期間無法進(jìn)行水庫擴(kuò)容，只能考慮機(jī)組增容改造，或改造轉(zhuǎn)輪技術(shù)來提升發(fā)電效率。

（二）生態(tài)紅線

經(jīng)過之前的大型多數(shù)抽水蓄能電站選點(diǎn)，和已有規(guī)劃站點(diǎn)的開始承建，加之“十九大”中建設(shè)生態(tài)文明的提出，站點(diǎn)的選址遇到了難題。由于電站建設(shè)中產(chǎn)生的噪聲和大量粉塵會對空氣和水體造成難以挽回的影響，挖土建造也必然會影響地質(zhì)環(huán)境。不僅如此，水電站建造水庫，也會導(dǎo)致電站周圍的地下水水位升高，改變土壤濕度進(jìn)而改變區(qū)域生態(tài)環(huán)境；而水電站蓄水建站也會導(dǎo)致水電站下游長期缺水，河床干涸，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，引發(fā)其他地質(zhì)災(zāi)害。為響應(yīng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，長江三峽水電工程有限公司正式更名為三峽生態(tài)環(huán)境有限公司，在水電開發(fā)的同時(shí)做好整體性生態(tài)保護(hù)和系統(tǒng)性綜合治理。國家和地方層面出臺了若干有關(guān)生態(tài)保護(hù)的政策法規(guī)，通過政府和公眾對水利水電工程進(jìn)行監(jiān)管與監(jiān)督。由政府牽頭，實(shí)時(shí)地對在建已建的水利水電工程進(jìn)行監(jiān)督評價(jià)，研究其環(huán)境效益及對生態(tài)的影響，再制定和實(shí)施針對性措施。

（三）投資回收

在20世紀(jì)的安徽省電力資源短缺時(shí)期，政府施行“新電新價(jià)”的舉措，將建設(shè)水電站的費(fèi)用分?jǐn)偟诫妰r(jià)上，大力興建水電站；而臨近世紀(jì)末時(shí)期，安徽出現(xiàn)電力產(chǎn)能過剩情況，便出臺“競爭上網(wǎng)電價(jià)”政策，而興建電站的成本電價(jià)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于市價(jià)，在效益決定電站開發(fā)程度的情況下，水電站開發(fā)進(jìn)程一度停滯。

我國電力改革正處于一個(gè)攻堅(jiān)克難的階段，初期是對抽水蓄能電價(jià)的探索與試行，而今是抽水蓄能電價(jià)的調(diào)整與完善。由于抽水蓄能電站的初期建設(shè)投資不計(jì)入電價(jià)定價(jià)成本，因此也無法通過產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行資金疏導(dǎo)，導(dǎo)致電價(jià)問題長期得不到解決，也阻礙了抽蓄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢頭。抽蓄電價(jià)機(jī)制要如何完善，已經(jīng)是迫在眉睫的問題。

抽蓄電站特有的電力消納、調(diào)峰調(diào)谷的作用并不能直接迅速的體現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)效益，而其間接經(jīng)濟(jì)效益巨大，只是需要借助電力改革才能將其效益直觀化。從長期的角度來看，伴隨蓄能市場體制不斷完備，最合理的方案是實(shí)行“優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)”，將火電、風(fēng)電、光伏等聯(lián)合受利能源的增加效益部分，來對抽蓄電站運(yùn)行作出補(bǔ)貼。此外，根據(jù)不同地區(qū)電網(wǎng)用電負(fù)荷，有針對性地?cái)U(kuò)大抽水蓄能電站的聯(lián)網(wǎng)范圍，更有效提高抽蓄電站整體效益。在此基礎(chǔ)上，堅(jiān)持執(zhí)行兩部制電價(jià)政策，擴(kuò)大峰谷電價(jià)差，更好地體現(xiàn)抽蓄電站高拋低吸的經(jīng)濟(jì)效益，因地制宜、因時(shí)制宜地發(fā)揮抽水蓄能電站的更大作用。