關于抽水蓄能項目經濟評價方法的思考

馮海超，張 毅，宋自飛，樊志偉，陳同法

（1.華東天荒坪抽水蓄能有限責任公司，浙江省安吉縣 3133021；2.國網新源控股有限公司北京十三陵電廠，北京市 102200；3.廣東省水利電力勘測設計研究院，廣東省廣州市 510635；4.國網新源控股有限公司，北京市 100761）

關于抽水蓄能項目經濟評價方法的思考

馮海超1，張 毅2，宋自飛3，樊志偉4，陳同法4

（1.華東天荒坪抽水蓄能有限責任公司，浙江省安吉縣 3133021；2.國網新源控股有限公司北京十三陵電廠，北京市 102200；3.廣東省水利電力勘測設計研究院，廣東省廣州市 510635；4.國網新源控股有限公司，北京市 100761）

經濟評價是抽水蓄能項目投資決策的重要依據。近年來，我國電力系統發展升級以及抽水蓄能自身快速發展，抽水蓄能項目經濟評價的技術基礎即“效益”發生了較為顯著的變化。本文基于對抽水蓄能本質功能的分析，對改進抽水蓄能項目經濟評價方法提出建議。

能源；抽水蓄能；項目；經濟；評價

0 引言

經濟評價是抽水蓄能項目投資決策的重要依據。近年來，我國電力系統快速發展以及抽水蓄能自身技術條件顯著變化，抽水蓄能項目經濟評價的技術基礎，以及相應的“效益”發生了較為顯著的變化，加之抽水蓄能電站電價機制不明確，基于傳統方法的抽水蓄能項目經濟評價工作遇到了較大的困難，一定程度上影響了其投資決策支撐功能的發揮。

1 我國抽水蓄能項目經濟評價工作的主要問題

當前，抽水蓄能項目經濟評價工作的主要問題是基于“節煤”理論對抽水蓄能電站作價值判斷，與當前電力系統和抽水蓄能電站的技術基礎不盡相符，致使評價結論的可靠性受到影響[1]。具體來說，主要體現在以下四個方面：

一是對抽水蓄能低谷調峰的技術特征描述不準確。傳統算法以節省常規火電機組煤耗而不是避免棄風或避免常規火電機組調停/重啟來計算抽水蓄能的低谷調峰價值，與抽水蓄能機組低谷調峰的技術實質脫節。

二是對抽水蓄能容量價值的評價沒有充分考慮其生效條件。通常，無論抽水蓄能電站所在電力系統既有裝機容量與負荷需求的供求關系如何，凡是開展抽水蓄能項目經濟評價即計取容量價值，這種做法容易導致經濟評價結論虛高。

三是缺失對抽水蓄能機組緊急事故備用功能的認定和估值。抽水蓄能機組緊急事故備用功能，特別是抽水工況下緊急切泵所提供的緊急事故應對功能是抽水蓄能的一項重要功能。現行評價方法沒有計取這一功能價值，易導致評價價值偏低。

四是沒有妥善處理抽水蓄能不同功能間的效益疊加關系。現行評價方法沒有全面考慮有關功能并分別計取價值，易導致評估的價值不充分。

2 抽水蓄能項目經濟評價的技術基礎

抽水蓄能電站的本質功能是開展抽水蓄能項目經濟評價的技術基礎。低谷調峰（填谷）和緊急事故備用是抽水蓄能機組的兩項本質功能，另外還可以有條件地考慮調峰功能。至于其他一些功能，諸如調頻、調相、黑啟動等，在開展經濟評價過程中，即使忽略不計，也不會影響評價的基本結論[2]。

2.1 調峰

電力系統為了維護正常運行，需要必要的發電裝機容量，保證系統高峰期間的負荷及備用需求。抽水蓄能電站可以承擔系統負荷高峰期間的發電任務，稱為調峰。

抽水蓄能的調峰價值取決于系統高峰負荷的供求關系。一般來說，在電力負荷供需基本平衡，發電容量適度超前的情況下，電站有調峰容量價值；如果該系統既有電力裝機供大于求，則擬新建電源的調峰容量價值“打折扣”。

日本2011年大地震后，負荷高峰時段電源容量不足，其抽水蓄能電站即發揮了調峰功能。

2.2 低谷調峰（填谷）

有功平衡是電力系統正常運行所必須遵循的規律。因為電能的生產、輸送、分配和使用是同時進行的，所以從整體上講，發電有功必須隨用電負荷的變化及時調整。不同的用電設備呈現不同的負荷特性，但是總體上呈現較為穩定的規律。根據分析周期的不同，用電負荷分別呈現典型的日內、周內和年內負荷變化規律。就對電源的需求而言，電力系統在峰、谷時刻分別呈現完全不同的需求特性。其中，系統低谷時段的核心需求是發電設備盡量降低發電出力水平即低谷調峰能力。

不同類型機組的低谷調峰性能有較大差異。其中，在當前技術條件下，燃煤火電機組約有50%左右的調峰能力，是我國大部分地區的主力調峰電源資源。風電機組的出力受風源制約，一般系統用電高峰期間出力較小，系統用電低谷期間出力較大，呈現典型的“反調峰”特點，必須有相應的其他電源配合運行，以解決其出力與用電需求在時間上不匹配的矛盾。

電力系統的負荷波動分為年度增長、月度波動、周內波動和日內波動幾種情況。其中又以日內波動最為關鍵。因為系統中有大量的不能參與正常調峰的電源類型，如核電、風電、以熱定電的供熱機組等，當前我國大部分區域的電力系統面臨嚴重的低谷調峰困難，其間需要調停風電機組乃至常規火電機組。

針對電力系統的低谷調峰需求，棄風、調停常規火電機組、建設運行抽水蓄能等不同電源方案的技術效果相當。當前技術條件下，為了滿足相同的調峰需求（設為a），要么棄風a，要么停火電2a，要么停燃氣機組2a，要么運行抽水蓄能機組0.67a。抽水蓄能電站在調峰填谷中的作用，表現為避免常規火電機組停機/重啟調峰[4]。也就是說，抽水蓄能電站的低谷調峰功能取決于系統其他電源的技術經濟特性。

對抽水蓄能電站而言，低谷調峰又稱填谷。

2017年冬、春季節，我國華北地區大部分抽水蓄能電站即發揮此功能。

2.3 緊急事故備用

電力系統需要一定規模具有快速響應能力、承擔緊急事故備用任務的發電設備。抽水蓄能電站可以承擔電力系統的緊急事故備用任務。抽水蓄能電站發揮緊急事故應對功能的方式有兩種：一是從停機狀態緊急啟動發電（為表述方便，標記為“緊急事故備用′”），二是在抽水工況緊急切泵，改為停機或發電（標記為“緊急事故備用″”）。

抽水蓄能電站的緊急事故備用價值，取決和依附于電網的安全需求。

傳統意義上，抽水蓄能機組承擔緊急事故備用功能一般指緊急事故備用′。

2016年，我國華東電網的抽水蓄能電站設置“頻率緊急協調控制系統”，即發揮緊急事故備用″。

2.4 抽水蓄能電站不同功能間的兼容

開發抽水蓄能電站，應當以某項本質功能為基礎，確定抽水蓄能電站基本功能，進而分析其技術必要性并確定主要技術方案。在確定了基本功能以后，可以根據電力市場的實際情況，有條件地發揮其他方面的功能，充分發揮抽水蓄能電站的綜合效用。

2.4.1 以調峰為基本功能的功能兼容

為了保證調峰基本功能，抽水蓄能電站可以在任意方便的時刻（不一定是負荷低谷期間）抽水，為下一輪發電調峰作準備。這種情況下，抽水只是為了下一輪發電調峰作準備，不發揮低谷調峰功能。

如果進一步優化，可以得到以調峰為基本功能的抽水蓄能電站功能兼容運行方式。

（1）調峰+填谷。抽水蓄能電站以調峰為導向，根據系統的需要設置抽水時段，發揮部分低谷調峰功能。即“調峰+填谷”，也就是傳統意義上的“調峰填谷”。

（2）調峰+填谷+緊急事故備用"。抽水蓄能機組以調峰為導向，根據系統需要以抽水方式承擔系統的填谷功能，同時作為抽水切泵方式的備用工況，承擔緊急事故備用″功能。即“調峰+填谷+緊急事故備用″”。

需要說明的是，因為對同一臺機組而言，調峰與緊急事故備用′不可兼得，所以“調峰+填谷+緊急事故備用′”是不存在的。

2.4.2 以填谷為基本功能的功能兼容

為保證填谷基本功能，理論上，抽水蓄能電站可以在任意方便的時刻發電騰空上庫庫容，為下一輪填谷作準備。這種情況下，發電只是為下一輪抽水騰空上庫庫容，不發揮調峰功能。

如果進一步優化，可以得到以填谷為基本功能的抽水蓄能電站的功能兼容運行方式。

（1）填谷+調峰。抽水蓄能電站以填谷為導向，并根據系統需要安排發電時段，發揮部分調峰功能。即“填谷+調峰”。

（2）填谷+緊急事故備用″+調峰。抽水蓄能機組以抽水方式承擔系統的填谷任務，同時作為抽水切泵方式的備用，承擔緊急事故備用任務″。在完成抽水任務的前提下，根據系統需要尋求合理的發電機會，承擔系統調峰任務。即“填谷+緊急事故備用″+調峰”。

（3）填谷+緊急事故備用″+緊急事故備用′。抽水蓄能機組以抽水方式承擔系統的填谷任務，同時作為抽水切泵方式的備用；停止抽水期間，具備以停機轉發電方式承擔系統緊急事故備用功能′的能力，即“填谷+緊急事故備用″+緊急事故備用′”。至于上庫庫容何時騰空，不作為約束條件。

2.4.3 以緊急事故備用為基本功能的功能兼容

緊急事故備用分為幾種情況。

（1）全天候抽水（緊急事故備用″）。一般情況下，這種做法是不必要的。確有必要時，為了避免上庫被抽滿，可采用如下方式進行變通：一是同抽同發，即某輸水管道上的機組抽水，另一管道上的機組發電，對同一座電站而言抽/發同時進行，以維持上庫庫容不被抽滿；二是發揮區域抽水蓄能電站群的作用，多座電站根據電網的統一調度協同運行。

（2）全天候停機備用（緊急事故備用′）。這是傳統意義的承擔緊急事故備用功能的抽水蓄能電站的運行方式。優點是避免了抽/發轉換損耗，不足是抽水蓄能電站的緊急事故備用功能發揮不充分。

（3）部分時段抽水（緊急事故備用″）。該情況可以分為兩種情形：一是以抽水作為基本運行方式（緊急事故備用″），兼容低谷填峰功能，高峰期間以停機備用為主（緊急事故備用′），輔以以騰空上庫庫容為目的的發電運行。即緊急事故備用″+填谷+緊急事故備用′+以騰空庫容為目的的發電運行。二是以抽水作為基本運行方式（緊急事故備用″），兼容低谷填峰功能，高峰期間以調峰為主，即緊急事故備用″+填谷+調峰。

3 抽水蓄能電站的效益和費用

3.1 調峰

3.1.1 調峰效益

根據所在電力系統電力發展規劃確定的負荷水平、負荷特性及電源結構，在同等程度滿足電力系統電力、電量和調峰需求的基礎上，可以以常規火電站的費用作為抽水蓄能方案的效益。也就是說，抽水蓄能電站的調峰功能亦即容量效益，可以用相應常規火電方案的容量投資費用來表示。常規火電站的容量投資主要包括固定成本、投資利潤和稅金三部分。

以120萬kW的抽水蓄能電站為例。與之相應的火電站的容量約為127萬kW。設火電站的靜態總投資為52億元（以單位千瓦靜態投資為4100元/kW計），則其固定成本（含折舊費、攤銷費、固定修理費、保險費、職工工資及福利費等）約為4.5億元/年；火電站的投資利潤（按全部投資收益率8%計）約為4.5億元/年；稅金（增值稅除外）約0.2億元/年。火電站的固定成本、投資利潤和稅金三項合計9.2億元。

即，120萬kW的抽水蓄能電站的容量價值約為9.2億元/年。

目前，我國部分地區電力裝機供大于求，而且幅度很大，這種情況下，新增發電裝機（包括抽水蓄能機組）的邊際容量價值接近于0。也就是說，綜合考慮抽水蓄能電站所在地區電源與用電負荷的供需關系，120萬kW的抽水蓄能電站的容量價值的取值范圍為0～9.2億元。

3.1.2 調峰費用

（1）容量費用。抽水蓄能電站的容量費用包括折舊費、攤銷費、年運行費用和利息支出。其中折舊費、攤銷費是電站造價的直接反映，與電站造價水平密切相關。以靜態投資5000元/kW為例，電站容量費用約為6億元/年。

（2）抽/發轉換損耗。抽發轉換損耗是抽水蓄能電站的一項重要經營成本，不同電站應根據調峰運行情況及電價政策以貨幣方式具體分析計算確定[1]。

3.1.3 風險分析

因為承擔調峰功能的抽水蓄能電站以承擔相當功能的常規火電站的費用作為其效益，抽水蓄能電站容量價值體現為承擔相當功能的常規火電站的費用，所以科技進步、可替代的常規火電站的費用降低，或者系統整體上發電容量供大于求，都會降低調峰功能型抽水蓄能電站的建設必要性和經濟價值，是抽水蓄能電站的重要“投資風險”。

3.2 低谷調峰

3.2.1 低谷調峰效益

抽水蓄能電站在低谷調峰中的作用表現為避免棄風或避免常規火電機組停機/重啟調峰。因此，避免棄風以及避免停機/重啟常規火電機組的效益，即是抽水蓄能機組的低谷調峰功能效益。

（1）避免棄風。棄風的代價是放棄發電的電費損失，主要與電價、棄風小時數以及棄風事件的年度發生概率有關。也就是說，就避免棄風而言，抽水蓄能電站的效益取決于風電與系統峰谷特性共同作用下的棄風概率。這種概率因地區、歷史時段而異，需要具體問題具體分析[4]。

（2）避免調停常規火電機組。常規火電機組的調停/重啟成本大約為100萬元/100萬kW（因機組類型、啟動方式而略有差異），因“次”發生，與每年的調停/重啟總次數有關。也就是說，研究承擔低谷調峰功能的抽水蓄能電站的經濟效益，需要具體分析電站所在區域系統峰谷特性以及由其衍生的常規火電調停情況[4]。

3.2.2 低谷調峰費用

（1）容量費用。與承擔調峰功能的抽水蓄能電站相同，承擔低谷調峰功能抽水蓄能電站的容量費用也包括折舊費、攤銷費、年運行費用和利息支出。

（2）抽/發轉換損耗。為了發揮低谷調峰作用，抽水蓄能需要進行抽/發轉換。抽水蓄能電站轉換損耗情況，應根據抽水運行情況及電價政策以貨幣方式具體分析計算確定[1]。

3.2.3 風險分析

與承擔調峰功能的抽水蓄能電站類似，承擔低谷調峰型抽水蓄能電站的建設必要性和經濟性也受技術進步的影響。構成抽水蓄能電站“投資風險”的技術進步主要來源于以下幾個方面：一是風電造價降低、棄風成本降低；二是火電機組運行靈活性提升；三是電網聯網規模擴大，系統峰谷差被削弱等。

3.3 緊急事故備用

3.3.1 緊急事故備用效益和費用

抽水蓄能電站緊急事故備用功能是電力系統安全運行的重要保障。承擔緊急事故備用功能的抽水蓄能電站的建設必要性以及合理建設規模取決于電力系統的需求。

當前技術條件下，尚沒有其他技術方案可替代抽水蓄能電站的緊急事故備用功能，特別是抽水工況下緊急切泵所能提供的緊急事故備用功能。這種情況下，抽水蓄能電站的建設必要性和經濟評價，應納入電力系統建設方案一并考慮和計算。

如果隨著技術進步，出現抽水蓄能機組緊急事故備用功能的替代方案，則承擔該功能的抽水蓄能電站的效益以可替代方案的費用為效益進行計算。具體計算方法，參見上述“調峰”情況。

承擔緊急事故應對功能的抽水蓄能的經濟效益，除了提供緊急應對作用外，還可以減少或替代常規火電機組的旋轉備用，節省燃料費用[1]。

3.3.2 風險分析

電網建設方案優化，特別地，由“強直弱交”向“強直強交”轉變，是承擔緊急事故用型抽水蓄能電站的主要“投資風險”。

3.4 不同功能的兼容

抽水蓄能電站各主要功能間的兼容情況見表1。

4 結束語

（1）明確抽水蓄能的基本功能是開展抽水蓄能經濟評價的基礎性工作。抽水蓄能電站的功能隨著其服務對象——電力系統的發展而變化，需要具體問題具體分析。

（2）抽水蓄能電站容量價值的評價，應充分考慮項目所在系統電力負荷的供需關系； 抽水蓄能電站低谷調峰價值，應充分考慮電力系統技術進步新成果對抽水蓄能功能發揮的影響；在以往的工作實踐中，未將抽水蓄能電站的緊急事故備用功能作為項目的立項和經濟評價指標，與抽水蓄能的發展實際不夠吻合，應予以調整。

（3）現行的抽水蓄能經濟評價計算方法已經影響到評價的基本結論，影響了其引導投資、控制規模、支撐決策等作用的發揮，應盡快開展調整工作。

（4）經濟評價結論與抽水蓄能電站造價水平和建設、運行的技術方案（如裝機容量、日滿發利用小時數等）有密切關系。強調經濟評價的重要性，有利于不斷優化抽水蓄能的建設技術經濟方案，指導確定更加科學合理的運行方式。

（5）電力系統技術進步是抽水蓄能電站的重要“投資風險”。抽水蓄能投資企業宜充分利用經濟評價的結論，提升對電力工業技術進步成果的關注程度，強化項目投資風險分析。

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2017-05-15

2017-09-10

馮海超（1990—），男，大學本科，助理工程師，主要研究方向：抽水蓄能運行與維護管理。E-mail：854401322@qq．com

張 毅（1988—），男，助理工程師，主要研究方向：抽水蓄能電站技術管理。E-mail： zhangyi09421@163．com

宋自飛（1983—），女，大學本科，高級工程師，主要研究方向：抽水蓄能項目管理、工程造價管理。E-mail： goshine@163．com

樊志偉（1981—），男，本科，高級工程師，主要研究方向：抽水蓄能電站工程經濟等。E-mail：zhiwei-fan@sgxy．sgcc．com．cn

Thoughts on Economic Assessment Methods of Pumped Storage Projects

FENG Haichao1，ZHANG Yi2，SONG Zifei3，FAN Zhiwei4，CHEN Tongfa4
（1.East China Tianhuangping Pump Storage Ltd.， Anji 313302，China；2. Beijing Shisanling Pumped Storage Power Station， State Grid Xinyuan Company Limited，Beijing 102200，China；3. Guangdong Hydropower Planning & Design Institute， Guangzhou 510635， China； 4. State Grid Xinyuan Company Limited，Beijing 100761， China）

Economic assessment is an important basis for the investment decision of pumped storage projects. In recent years，with the development and upgrading of the power system of our country and also with the rapid development of pumped storage itself， the technical basis of the economic assessment of pumped storage projects， i.e.“benefit”， has taken great changes. This paper， based o the analysis of the essential function of pumped storage， puts forward some proposals for improving the economic assessment of pumped storage projects.

energy；pumped storage；project；economic assessment

TM 612

A學科代碼：470．4047

10．3969/j．issn．2096-093X．2017．05．009