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趙增海、韓冬:中國為什么選擇抽水蓄能?

2024-12-10分類:電力資訊 / 電力資訊來源:能源評論?首席能源觀
【CPEM全國電力設備管理網】

抽水蓄能作為技術成熟、經濟性優越、可大規模開發的清潔低碳靈活調節電源,正逐漸成為推動能源結構優化、助力新能源發展的重要力量。作為世界上最大的能源生產和消費國之一,我國科學有序地推進抽水蓄能電站建設,實現大規模高質量發展,是統籌能源安全和綠色轉型的重大舉措。截至2023年底,全球抽水蓄能裝機容量達到17913萬千瓦,其中中國抽水蓄能裝機容量約占28.1%,連續8年穩居世界第一。截至今年10月底,我國抽水蓄能投運裝機規模5557萬千瓦,主要分布在華東、華中、華北和南方地區。核準在建項目約1.8億千瓦。

(來源:能源評論?首席能源觀 文/趙增海 韓冬)

(作者分別系水電水利規劃設計總院副院長、規劃部副主任)

全球:能源資源稟賦決定技術路線選擇

截至2023年底,全球可再生能源發電裝機容量約38.7億千瓦,其中風電、光伏發電裝機容量為24.3億千瓦。風電和光伏發電都具有隨機性、間歇性、波動性等特點,高比例發展風電、光伏發電意味著必須具備足夠的系統靈活調節能力。

提升系統調節能力的主要技術路線包括火電靈活性低碳化改造、發展燃氣電站、建造抽水蓄能和新型儲能設施、發展氫能以及挖掘用戶側調節潛力等。當前,世界主要經濟體提升調節性能的路徑選擇主要基于其自身的能源資源稟賦。

美國頁巖氣產量豐富,通過發展燃氣電站提升調節能力。美國在兩次石油危機期間曾布局建設了2000萬千瓦左右的抽水蓄能電站。自本世紀頁巖氣技術革命后,美國能源資源供應形勢發生了根本性變化,成為產氣大國并逐步改為建設燃氣電站以滿足調節能力需求。

日本抽水蓄能發展較早,目前世界水頭最高的抽水蓄能電站仍在日本,但受限于其國土面積,抽水蓄能站點資源所剩無幾。韓國地勢相對平坦,抽水蓄能站點資源較不豐富。目前,日本和韓國的電力調節能力建設以燃氣電站為主,同時重點發展氫能。

德國、法國等歐洲國家地勢平坦,缺乏推動抽水蓄能大規模建設的地形條件,因此電力系統提升調節能力的手段也以建設燃氣電站為主。

我國的化石能源資源以煤為主,油氣資源相對匱乏,主要依賴進口。如果采用發展燃氣電站來提升電力調節能力,既不能確保“把能源的飯碗端在自己手里”,還要承受氣價高、經濟性較差的壓力。綜合來看,積極開展火電靈活性改造,進行需求側管理,建設大規模的抽水蓄能和新型儲能設施,是我國基于自身國情特點、提高新型電力系統調節性能、保障電力系統安全穩定運行的必然選擇。

中國:發展抽水蓄能條件得天獨厚

從資源優勢看,我國抽水蓄能資源條件好,綜合優勢顯著,是提升電力系統調節能力的重要手段。

抽水蓄能站點資源是抽水蓄能電站大規模開發建設的物質基礎。抽水蓄能項目選址通常涉及地形、地質、水源、交通等多方面因素。我國地形復雜多樣,山區面積占國土面積的三分之二,站點資源豐富且分布范圍廣,除了上海市外,在各省(市、自治區)均有可供選擇的抽水蓄能站點資源,發展抽水蓄能的條件得天獨厚。

抽水蓄能的站點資源與山川地形分布密切相關,并與需求總體呈現正相關性。浙閩、兩廣兩個區域有我國最好的抽水蓄能站點資源,同時這些區域經濟發達、電力需求旺盛,調節能力需求大。京、津、冀、魯、豫等經濟重地,燕山、太行為其屏障,山東丘陵為其腹心,優質站點資源亦十分豐富,可以為電力系統建設提供堅強支撐,為新能源發展提供靈活調節能力。

根據初步普查,全國抽水蓄能站點資源約16億千瓦,大部分項目靜態單位投資為5000~6000元/千瓦。

從技術經濟綜合優勢看,抽水蓄能建設技術成熟、經濟性好,生命周期長,度電成本為0.21~0.25元,約為電化學儲能度電成本的1/2。同時,抽水蓄能電站涉網性能優越,反應速度快,可以承擔系統調相任務、提供轉動慣量等。目前抽水蓄能電站裝機規模通常為百萬千瓦級別,可以接入500千伏變電站,在較大范圍內支撐電力系統安全穩定運行,并支持特高壓遠距離送電安全。抽水蓄能電站調節性能強,具備日調節或者周調節能力,而且按日調節或周調節建設更具備經濟性,能夠更好地支持新能源大規模、高比例開發利用。

未來:新定位下規模化發展,提升綜合效益

長期看,為實現碳中和目標,我國在2030年碳達峰后,還需要持續加大新能源開發力度滿足增量電量需求,并逐步實現存量火電電量部分替代。統籌全國電力發展目標與電力合理流向,充分挖掘需求側響應調節能力、火電靈活性改造提升調節能力,在用好系統已有調節能力和區域間電力互濟的基礎上,綜合考慮各類儲能技術經濟特點,按照2035年新能源發展規模為30億千瓦、38億千瓦測算,預計2035年全國的抽水蓄能和新型儲能總需求量約6億千瓦(36億千瓦時)、7.5億千瓦(45億千瓦時)。

抽水蓄能是當前及未來一段時間最經濟、最成熟、最具大規模開發潛力的儲能設施。根據世界各國的經驗,抽水蓄能建成后,運行周期可以長達五十年甚至一百年,是真正“謀長遠之勢、行長久之策、建久安之基”的戰略工程,是功在當代、利在千秋的大國重器。

綜合考慮抽水蓄能建設成本,以及電力系統需求、電源結構,統籌各類調節電源和調節資源的運用成本、新能源合理利用率等因素,按照全社會用能成本最低進行測算,2035年我國抽水蓄能需求規模至少要達到4億千瓦以上。截至2023年底,已建、在建抽水蓄能電站規模約2.3億千瓦,考慮到合理的建設工期,為了滿足2035年發展需要,2024至2028年間至少還需新增核準開工抽水蓄能規模約1.7億千瓦。我國抽水蓄能仍有較大的發展空間。

抽水蓄能建設,好比20世紀八九十年代國家大力推動的公路建設。“要想富,先修路”,已經成為中國人民的廣泛共識。“無儲能,不風光”,未來要想大規模經濟高效地發展新能源,從根本上解決國家的能源安全問題,建設清潔低碳安全高效的新型能源體系,也必須先建設好大規模的抽水蓄能項目。

新形勢下,抽水蓄能有新定位,成為建設新型電力系統的關鍵支撐。同時,抽水蓄能在風光儲大型基地、流域水風光一體化基地等電源側開發方面也發揮著越來越重要的作用。從實際運行來看,我國抽水蓄能在保障電力系統安全、促進新能源消納方面發揮了良好的作用。

“十四五”以來,新能源大規模發展和高比例接入,抽水蓄能電站的運行方式和功能定位發生了深刻改變。調頻調相運行次數顯著增加,極大地支持了電力系統安全穩定運行。抽水蓄能電站抽發時間分布隨新能源出力特點而變化的趨勢越來越明顯,在新能源裝機規模較大的華北、東北地區,對抽水蓄能的午間抽水需求較高,尤其是華北區域午間抽水消納新能源需求已經顯著高于夜間抽水填谷需求。華東、華中、南方區域去年同期夜間抽水次數明顯多于午間,夜間和午間抽水次數差距在減小。

此外,抽水蓄能電站分布廣、工程規模大、總投資高、經濟拉動效應明顯,在電站建設期可通過直接投資拉動經濟增長,提升電力、交通等基礎設施水平,帶動就業改善民生。電站建成后可帶動旅游等產業發展和產業結構升級,增加地方財稅收入。綜合來看,發展抽水蓄能是當前擴大有效投資、保持經濟平穩增長的重要手段,是與地方經濟社會發展深度融合的重要舉措,是近遠期統籌經濟發展和“碳達峰、碳中和”目標的重要選擇。

當前:實際開發建設規模仍遠遠不足

在“雙碳”目標引領下,為更好適應未來新能源大規模發展新格局,同時加快補齊前些年發展滯后的“短板”,“十四五”前三年抽水蓄能加快核準建設。地方政府從拉動地方經濟社會發展的角度考慮,積極推動抽水蓄能選點和項目納入規劃,對此,有觀點認為抽水蓄能發展“過熱”。但總體來看,按照“國家定規模、地方定項目”的總體思路,抽水蓄能項目正保持著科學有序的建設節奏。

應該引起注意的是,雖然目前核準規模較大,但實際開工規模還不及預期,存在“轉冷”風險。抽水蓄能建設周期長,需要穩定的價格政策來穩定投資預期。目前,部分投資主體擔心價格政策會很快調整,投資決策進度及投入放緩。“十四五”期間已核準項目約1.5億千瓦,但超過一半項目仍未實質性開工。此外,核準進度也在放緩。根據中國水力發電工程學會抽水蓄能行業分會統計,今年前9個月僅核準了7個項目,共計840萬千瓦,僅為2023年核準規模的13%。

根據工程建設進度估算,在政策不發生顯著波動的情況下,到2030年,抽水蓄能的投產規模約1.6億千瓦,仍遠不能滿足該水平年新型電力系統對抽水蓄能電站的需求。如果投資預期不穩,預計2030年投產抽水蓄能規模將僅能達到1億千瓦左右,則遠不能滿足新型電力系統的發展需要。

統籌考慮我國能源資源稟賦、新型電力系統對抽水蓄能發展需求、抽水蓄能資源開發條件與比較優勢、新功能定位下抽水蓄能發展新機遇,結合當前開發建設實際,按照需求導向、科學布局、適度超前的發展思路,在當前及中長期我國抽水蓄能仍需堅持科學有序大規模發展。

建議盡快出臺抽水蓄能建設管理辦法,指導行業高質量發展新格局,同時,通過“區域標桿容量電價+差價合約”等方式,做好兩部制價格政策與全國電力市場發展的有效銜接,穩定行業預期,確保行業健康穩定發展。


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