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馬良 | “雙碳”目標下抽水蓄能發展思路研究
發布日期:2021-07-19 作者:馬良 信息來源:中咨研究 訪問次數: 字號:[ ]

摘要:構建清潔低碳、安全高效的現代能源體系和以新能源為主體的新型電力系統,是實現2030年前碳達峰、2060年前碳中和目標的一個重要途徑。由于新能源的隨機性和波動性特點,大規模發展必須配套靈活性電源和儲能建設,以增強電網調節能力、保障新能源消納和電網安全穩定運行。抽水蓄能電站因其運行靈活、技術成熟、經濟環保,以及可為電力系統提供轉動慣量等優勢,是目前支撐新能源發展的重要手段。隨著新能源的快速發展,電網對抽水蓄能電站的需求不斷加大,國家主管部門為推動抽水蓄能電站發展,正不斷推出相關新政策,極大調動了各投資主體建設抽水蓄能電站的積極性,“十四五”期間抽水蓄能電站將呈現快速發展的態勢。建議加快全國抽水蓄能中長期規劃工作,增加資源儲備,并結合電力市場化改革逐步完善抽水蓄能電站開發體制和電價機制,強化規劃指導,堅持統一規劃、合理布局、有序建設,推動抽水蓄能電站高質量發展。

關鍵詞:“雙碳”目標;抽水蓄能;規劃發展;電價機制

為應對全球氣候變化,習近平主席提出:“中國將提高國家自主貢獻力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現碳中和。”[1]實現這一目標必須充分利用我國風、光資源豐富的稟賦條件,構建清潔低碳、安全高效的現代能源體系和以新能源為主體的新型電力系統。由于新能源的隨機性和波動性特點,大規模發展將給電網消納和安全穩定帶來巨大挑戰,必須大幅提高電網的調節能力。

加快靈活性電源和儲能建設,是提高電網調節能力的根本途徑。抽水蓄能電站因其運行靈活、技術成熟、經濟環保,以及可為電力系統提供轉動慣量等優勢,是目前支撐新能源發展的重要手段。2019年全球抽水蓄能裝機容量1.58億千瓦,占全球儲能裝機容量的94%以上,抽水蓄能占儲能主導地位[2]。在新能源為主體的新型電力系統中,抽水蓄能電站占有極為重要的位置。

一、“雙碳”目標要求我國構建以新能源為主體的新型電力系統,抽水蓄能是新型電力系統的重要組成部分

(一)能源需求尚未達峰,電力需求持續增長,從碳達峰到碳中和的過渡時間短、挑戰大

現階段我國仍處于工業化和城鎮化快速發展階段,能源需求尚未達峰,2020年我國能源消費總量49.8億噸標準煤,比上年增長2.2%。根據預測我國能源消費將在2035年達到60億噸標準煤峰值,而后進入平臺期。碳中和進程將進一步提升我國的電氣化率,工業、交通、建筑領域用能方式加快轉向電能,電力需求將在未來40年內繼續呈現較快增長態勢。2021年3月18日,全球能源互聯網發展合作組織在北京舉行“中國碳達峰碳中和成果發布暨研討會”,會上發布了《中國2060年前碳中和研究報告》(簡稱《報告》)。《報告》預測,2030年前全社會用電量年均增速為3.6%,2030年達到10.7萬億千瓦時,發電裝機容量38億千瓦;2030年~2050年前全社會用電量年均增速為2.0%,2050年達到16萬億千瓦時,發電裝機容量75億千瓦;2050—2060年前全社會用電量年均增速為0.6%,2060年達到17萬億千瓦時,發電裝機容量80億千瓦。

目前,全球已有121個國家和地區提出了碳中和目標或愿景。其中大部分計劃在2050年實現,如歐盟、英國、加拿大、日本、新西蘭、南非等。美國總統拜登已明確表示,將承諾在2050年實現碳中和。一些國家計劃實現碳中和的時間更早,如烏拉圭提出2030年實現碳中和,芬蘭為2035年,冰島和奧地利為2040年,瑞典為2045年等,蘇里南和不丹已經分別于2014年和2018年實現了碳中和,進入負排放時代。相較于歐洲和日韓等發達國家,中國所宣布的碳中和實現時點晚10年,但多數發達國家從碳達峰到承諾的碳中和之間約40到60年,而中國只有30年的時間,減排任務會更加緊迫,也會面臨更大的挑戰。

(二)電力供給將從煤電為主導轉化為以新能源為主體

根據國家統計局數據,2019年我國58%的能源消費量由煤炭提供,碳排放總量有80%來自煤炭;電力領域碳排放占全國碳排放總量的30%以上,煤電裝機容量10.4億千瓦,占全國電力裝機容量的52%,發電量中煤電占比70%以上。

隨著我國碳達峰與碳中和目標的逐步實施,非化石能源在一次能源消費中的比重將不斷增加。未來我國電力裝機規模將保持平穩較快增長,風電、光伏發電裝機容量增長迅速,呈現“風光領跑、多源協調”發展態勢。為實現“雙碳”目標,2030年我國非化石能源占一次能源消費的比重應達到25%,風電、光伏發電總裝機容量應在12億千瓦以上,2060年非化石能源占比應達到70%以上。

(三)加快靈活性電源和儲能建設,是支撐新能源快速發展和保障電力系統安全穩定運行的關鍵

由于新能源的隨機性和波動性特點,大規模發展必須配套靈活性電源和儲能建設,以增強電網調節能力、保障電網安全穩定運行。現階段應加大煤電機組靈活性改造力度,積極推動煤電由“電量型電源”向“電力型電源”轉變;積極發展常規水電和抽水蓄能電站,充分發揮水電的調節能力和容量支撐作用,實行風、光、水、蓄互補。我國剩余的常規水電和抽水蓄能資源總量有限,中遠期隨著煤電機組的逐步退出,電力系統靈活性資源將更為緊缺,需抓緊研發并逐步加大氫能、化學儲能等新興儲能資源的規模化利用。

儲能分物理儲能、電化學儲能、電磁儲能等。物理儲能包括抽水蓄能、壓縮空氣、飛輪儲能、儲氫等。電化學儲能包括鈉硫電池、液流電池、鋰離子電池等。電磁儲能包括超級電容儲能、超導儲能等。截至2019年底,全球抽水蓄能裝機容量158億千瓦,占全球儲能裝機容量的94%以上,占電網級儲能的96%以上,抽水蓄能占儲能主導地位。抽水蓄能電站因其運行靈活、技術成熟、經濟環保,以及可為電力系統提供轉動慣量等優勢,是目前最具規模化發展條件的靈活性資源。

二、我國抽水蓄能發展現狀

截至2020年底,我國抽水蓄能電站已建3149萬千瓦、在建5373萬千瓦,已建、在建抽水蓄能電站約8500萬千瓦,居世界首位。全國抽水蓄能分區開發情況如圖一所示。

圖一 全國抽水蓄能分區開發情況

從裝機比重看,因能源資源特點、電源結構、電力需求特性以及經濟發展水平等方面的差異,世界各國抽水蓄能電站的發展水平相差較大,目前很多發達國家抽水蓄能電站的裝機容量已占相當的比重(德國2.9%、法國4.4%、日本8.5%)[2]。而2020年我國已建抽水蓄能電站僅占全國總裝機容量的1.43%,表明我國抽水蓄能電站還有較大的發展空間。

從“十三五”規劃的實施情況看,“十三五”期間全國抽水蓄能電站新開工規模約3600萬千瓦,僅完成規劃目標的60%,投產規模僅完成規劃目標的50%。抽水蓄能電站建設情況與規劃目標存在較大差距,主要原因一方面在于部分規劃站點分別涉及生態紅線、基本農田等環保和土地限制,致使項目前期工作停滯不前或工作開展不順利,影響開工進度。另一方面,由于抽水蓄能電站的電價機制不盡合理,企業成本疏導壓力大,項目建設后勁不足。

新時期我國抽水蓄能電站發展面臨的主要矛盾,一方面構建以新能源為主體的新型電力系統,需要加快發展抽水蓄能電站,另一方面要解決抽水蓄能電站資源儲備不足、成本疏導不暢,發展后勁不足等問題。應堅持問題導向,抓緊研究解決目前抽水蓄能電站發展面臨的瓶頸,推動我國抽水蓄能電站高質量發展。

三、抽水蓄能電站發展的政策措施建議

(一)加強多規合一協調,切實做好新一輪全國抽水蓄能中長期規劃工作

2009年以來,國家能源局組織開展了兩輪全國重點省區抽水蓄能電站選點規劃工作,除去目前已建和在建的抽水蓄能電站,規劃批復的站點資源剩余儲備約4500萬千瓦,考慮到部分項目受生態紅線影響,規劃站點儲備資源僅3500萬千瓦左右,資源儲備嚴重不足。

為滿足“十四五”及未來電力系統對抽水蓄能發展的需求,國家能源局于2021年啟動了新一輪抽水蓄能中長期規劃工作。近期各省對抽水蓄能站點資源進行了摸底,初步統計資源總量超過5億千瓦[3]。由于資源開發受國土空間、生態紅線、環境保護等多規約束,應加強多規合一協調與銜接,切實做好抽水蓄能規劃及站點資源保護工作。

(二)結合電力市場化改革逐步完善抽水蓄能電站開發體制和電價機制

我國抽水蓄能電站經歷了單一電量電價、租賃費到兩部制電價等多種定價模式。不論哪一種定價模式,都沒有根本解決對其作用和效益進行合理補償的問題,影響了已建電站靜態、動態效益的充分發揮,由于成本疏導不暢,一段時期以來企業開發建設抽水蓄能電站的積極性明顯下降。

為促進抽水蓄能電站加快發展,國家發展改革委于2021年4月發布《關于進一步完善抽水蓄能價格形成機制的意見》(發改價格〔2021〕633號),在開發體制上鼓勵投資主體多元化,明確強調要保障非電網投資主體利益,調動社會資本參與抽水蓄能建設的積極性;在價格機制上以兩部制電價政策為主體,以競爭性方式形成電量電價、容量電價按成本加合理收益(資本金內部收益率6.5%)納入輸配電價回收,明確了抽水蓄能電站成本疏導途徑,將極大調動各類投資主體參與建設抽水蓄能電站的積極性,推動抽水蓄能電站加快發展。

應該看到,上述電價機制仍然強調以政府定價為主,是我國電力市場化改革中的一種過渡辦法。將來隨著電力市場化改革的逐步深入,應逐步完善抽水蓄能電站的開發體制和電價形成機制,為非電網投資主體營造更加公平公正的市場環境,逐步形成反映市場供需關系的市場化定價機制,使得抽水蓄能可以在電量市場和輔助服務市場中進行自主選擇,實現其投資收益。通過發揮市場對資源配置的決定性作用,推動抽水蓄能電站健康、可持續發展。

(三)強化規劃指導,推動抽水蓄能電站高質量發展

由于目前抽水蓄能電站仍采用成本加合理利潤的政府定價為主的定價模式,為避免出現抽水蓄能電站建設一哄而上、無序發展的情況,當前應更加強化規劃的指導和約束作用,堅持統一規劃、合理布局、有序開發,推動抽水蓄能電站高質量發展。各地區應結合發展實際需要和資源條件編制五年發展規劃。對于經政府主管部門審定的發展規劃,應維護其權威性和嚴肅性,作為本地區抽水蓄能電站發展的主要依據,不得隨意變更,未納入相關規劃的項目不得建設。

參考文獻

[1]習近平. 在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上的講話[EB/OL].2020-09-22.http://www.gov..cn/xinwen/2020-09/22/content_5546168.htm.

[2] 2020水電現狀報告-行業趨勢與思考[EB/OL].中國水利發電工程學會網.https://www.hydropower.org/.

[3]徐蔚冰.助力碳中和“十四五”抽水蓄能將按下“快進鍵”[N]. 中國經濟時報,2021-04-27.

注:文中圖片來源于網絡。




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