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马良 | “双碳”目标下抽水蓄能发展思路研究
发布日期:2021-07-19 作者:马良 信息来源:中咨研究 访问次数: 字号:[ ]

摘要:构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系和以新能源为主体的新型电力系统,是实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和目标的一个重要途径。由于新能源的随机性和波动性特点,大规模发展必需配套灵活性电源和储能建设,以增强电网调节能力、保障新能源消纳和电网安全稳定运行。抽水蓄能电站因其运行灵活、技术成熟、经济环保,以及可为电力系统提供转动惯量等优势,是目前支撑新能源发展的重要手段。随着新能源的快速发展,电网对抽水蓄能电站的需求不休加大,国家主管部门为勉励抽水蓄能电站发展,正不休推出相关新政策,极大调动了各投资主体建设抽水蓄能电站的积极性,“十四五”期间抽水蓄能电站将呈现快速发展的态势。建议加快全国抽水蓄能中长期规划工作,增加资源储备,并结合电力市场化改革逐步完善抽水蓄能电站开发体制和电价机制,强化规划指导,坚持统一规划、合理布局、有序建设,勉励抽水蓄能电站高质量发展。

关键词:“双碳”目标;抽水蓄能;规划发展;电价机制

为应对全球气候变化,习近平主席提出:“中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。”[1]实现这一目标必需充分利用我国风、光资源丰富的禀赋条件,构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系和以新能源为主体的新型电力系统。由于新能源的随机性和波动性特点,大规模发展将给电网消纳和安全稳定带来巨大挑战,必需大幅提高电网的调节能力。

加快灵活性电源和储能建设,是提高电网调节能力的根本途径。抽水蓄能电站因其运行灵活、技术成熟、经济环保,以及可为电力系统提供转动惯量等优势,是目前支撑新能源发展的重要手段。2019年全球抽水蓄能装机容量1.58亿千瓦,占全球储能装机容量的94%以上,抽水蓄能占储能主导地位[2]。在新能源为主体的新型电力系统中,抽水蓄能电站占有极为重要的位置。

一、“双碳”目标要求我国构建以新能源为主体的新型电力系统,抽水蓄能是新型电力系统的重要组成部分

(一)能源需求尚未达峰,电力需求持续增长,从碳达峰到碳中和的过渡时间短、挑战大

现阶段我国仍处于工业化和城镇化快速发展阶段,能源需求尚未达峰,2020年我国能源消费总量49.8亿吨标准煤,比上年增长2.2%。根据预测我国能源消费将在2035年达到60亿吨标准煤峰值,而后进入平台期。碳中和进程将进一步提升我国的电气化率,工业、交通、建筑领域用能方式加快转向电能,电力需求将在未来40年内继续呈现较快增长态势。2021年3月18日,全球能源互联网发展合作组织在北京举行“中国碳达峰碳中和成果发布暨研讨会”,会上发布了《中国2060年前碳中和研究报告》(简称《报告》)。《报告》预测,2030年前全社会用电量年均增速为3.6%,2030年达到10.7万亿千瓦时,发电装机容量38亿千瓦;2030年~2050年前全社会用电量年均增速为2.0%,2050年达到16万亿千瓦时,发电装机容量75亿千瓦;2050—2060年前全社会用电量年均增速为0.6%,2060年达到17万亿千瓦时,发电装机容量80亿千瓦。

目前,全球已有121个国家和地区提出了碳中和目标或愿景。其中大部分计划在2050年实现,如欧盟、英国、加拿大、日本、新西兰、南非等。美国总统拜登已明确表示,将承诺在2050年实现碳中和。一些国家计划实现碳中和的时间更早,如乌拉圭提出2030年实现碳中和,芬兰为2035年,冰岛和奥地利为2040年,瑞典为2045年等,苏里南和不丹已经别离于2014年和2018年实现了碳中和,进入负排放时代。相较于欧洲和日韩等发达国家,中国所宣布的碳中和实现时点晚10年,但多数发达国家从碳达峰到承诺的碳中和之间约40到60年,而中国只有30年的时间,减排任务会更加紧迫,也会面临更大的挑战。

(二)电力供给将从煤电为主导转化为以新能源为主体

根据国家统计局数据,2019年我国58%的能源消费量由煤炭提供,碳排放总量有80%来自煤炭;电力领域碳排放占全国碳排放总量的30%以上,煤电装机容量10.4亿千瓦,占全国电力装机容量的52%,发电量中煤电占比70%以上。

随着我国碳达峰与碳中和目标的逐步实施,非化石能源在一次能源消费中的比重将不休增加。未来我国电力装机规模将保持平稳较快增长,风电、光伏发电装机容量增长迅速,呈现“风光领跑、多源协调”发展态势。为实现“双碳”目标,2030年我国非化石能源占一次能源消费的比重应达到25%,风电、光伏发电总装机容量应在12亿千瓦以上,2060年非化石能源占比应达到70%以上。

(三)加快灵活性电源和储能建设,是支撑新能源快速发展和保障电力系统安全稳定运行的关键

由于新能源的随机性和波动性特点,大规模发展必需配套灵活性电源和储能建设,以增强电网调节能力、保障电网安全稳定运行。现阶段应加大煤电机组灵活性改造力度,积极勉励煤电由“电量型电源”向“电力型电源”转变;积极发展常规水电和抽水蓄能电站,充分发挥水电的调节能力和容量支撑作用,实行风、光、水、蓄互补。我国剩余的常规水电和抽水蓄能资源总量有限,中远期随着煤电机组的逐步退出,电力系统灵活性资源将更为紧缺,需抓紧研发并逐步加大氢能、化学储能等新兴储能资源的规模化利用。

储能分物理储能、电化学储能、电磁储能等。物理储能包括抽水蓄能、压缩空气、飞轮储能、储氢等。电化学储能包括钠硫电池、液流电池、锂离子电池等。电磁储能包括超级电容储能、超导储能等。截至2019年底,全球抽水蓄能装机容量158亿千瓦,占全球储能装机容量的94%以上,占电网级储能的96%以上,抽水蓄能占储能主导地位。抽水蓄能电站因其运行灵活、技术成熟、经济环保,以及可为电力系统提供转动惯量等优势,是目前最具规模化发展条件的灵活性资源。

二、我国抽水蓄能发展现状

截至2020年底,我国抽水蓄能电站已建3149万千瓦、在建5373万千瓦,已建、在建抽水蓄能电站约8500万千瓦,居世界首位。全国抽水蓄能分区开发情况如图一所示。

图一 全国抽水蓄能分区开发情况

从装机比重看,因能源资源特点、电源结构、电力需求特性以及经济发展水平等方面的差异,世界各国抽水蓄能电站的发展水平相差较大,目前很多发达国家抽水蓄能电站的装机容量已占相当的比重(德国2.9%、法国4.4%、日本8.5%)[2]。而2020年我国已建抽水蓄能电站仅占全国总装机容量的1.43%,剖明我国抽水蓄能电站还有较大的发展空间。

从“十三五”规划的实施情况看,“十三五”期间全国抽水蓄能电站新开工规模约3600万千瓦,仅完成规划目标的60%,投产规模仅完成规划目标的50%。抽水蓄能电站建设情况与规划目标存在较大差距,主要原因一方面在于部分规划站点别离涉及生态红线、基本农田等环保和土地限制,致使项目前期工作停滞不前或工作开展不顺利,影响开工进度。另一方面,由于抽水蓄能电站的电价机制不尽合理,企业成本疏导压力大,项目建设后劲不足。

新时期我国抽水蓄能电站发展面临的主要矛盾,一方面构建以新能源为主体的新型电力系统,需要加快发展抽水蓄能电站,另一方面要解决抽水蓄能电站资源储备不足、成本疏导不畅,发展后劲不足等标题问题。应坚持标题问题导向,抓紧研究解决目前抽水蓄能电站发展面临的瓶颈,勉励我国抽水蓄能电站高质量发展。

三、抽水蓄能电站发展的政策措施建议

(一)加强多规合一协调,切实做好新一轮全国抽水蓄能中长期规划工作

2009年以来,国家能源局组织开展了两轮全国重点省区抽水蓄能电站选点规划工作,除去目前已建和在建的抽水蓄能电站,规划批复的站点资源剩余储备约4500万千瓦,考虑到部分项目受生态红线影响,规划站点储备资源仅3500万千瓦左右,资源储备严重不足。

为满足“十四五”及未来电力系统对抽水蓄能发展的需求,国家能源局于2021年启动了新一轮抽水蓄能中长期规划工作。近期各省对抽水蓄能站点资源进行了摸底,初步统计资源总量超过5亿千瓦[3]。由于资源开发受国土空间、生态红线、环境庇护等多规约束,应加强多规合一协调与衔接,切实做好抽水蓄能规划及站点资源庇护工作。

(二)结合电力市场化改革逐步完善抽水蓄能电站开发体制和电价机制

我国抽水蓄能电站经历了单一电量电价、租赁费到两部制电价等多种定价模式。不论哪一种定价模式,都没有根本解决对其作用和效益进行合理补偿的标题问题,影响了已建电站静态、动态效益的充分发挥,由于成本疏导不畅,一段时期以来企业开发建设抽水蓄能电站的积极性明显下降。

为促进抽水蓄能电站加快发展,国家发展改革委于2021年4月发布《关于进一步完善抽水蓄能价格形成机制的意见》(发改价格〔2021〕633号),在开发体制上鼓励投资主体多元化,明确强调要保障非电网投资主体利益,调动社会本钱参与抽水蓄能建设的积极性;在价格机制上以两部制电价政策为主体,以竞争性方式形成电量电价、容量电价按成本加合理收益(本钱金内部收益率6.5%)纳入输配电价回收,明确了抽水蓄能电站成本疏导途径,将极大调动各类投资主体参与建设抽水蓄能电站的积极性,勉励抽水蓄能电站加快发展。

应该看到,上述电价机制仍然强调以政府定价为主,是我国电力市场化改革中的一种过渡办法。将来随着电力市场化改革的逐步深入,应逐步完善抽水蓄能电站的开发体制和电价形成机制,为非电网投资主体营造更加公平公正的市场环境,逐步形成反映市场供需关系的市场化定价机制,使得抽水蓄能可以在电量市场和辅助服务市场中进行自主选择,实现其投资收益。通过发挥市场对资源配置的决定性作用,勉励抽水蓄能电站健康、可持续发展。

(三)强化规划指导,勉励抽水蓄能电站高质量发展

由于目前抽水蓄能电站仍采用成本加合理利润的政府定价为主的定价模式,为避免出现抽水蓄能电站建设一哄而上、无序发展的情况,当前应更加强化规划的指导和约束作用,坚持统一规划、合理布局、有序开发,勉励抽水蓄能电站高质量发展。各地区应结合发展实际需要和资源条件编制五年发展规划。对于经政府主管部门审定的发展规划,应维护其权威性和严肃性,作为本地区抽水蓄能电站发展的主要依据,不得随意变换,未纳入相关规划的项目不得建设。

参考文献

[1]习近平. 在第七十五届联合国大会一般性辩说上的讲话[EB/OL].2020-09-22.http://www.gov..cn/xinwen/2020-09/22/content_5546168.htm.

[2] 2020水电现状报告-行业趋势与思考[EB/OL].中国水利发电工程学会网.https://www.hydropower.org/.

[3]徐蔚冰.助力碳中和“十四五”抽水蓄能将按下“快进键”[N]. 中国经济时报,2021-04-27.

注:文中图片来源于网络。




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