加強新形勢下抽水蓄能發展研究，高質量服務新型電力系統建設

余賢華

（國網新源控股有限公司，北京市 100052）

0 引言

抽水蓄能技術出現和應用已接近140年，首先在歐美和亞洲（以日本為主）等國家得到快速發展，20世紀90年代以來，我國抽水蓄能電站邁入加快發展階段，產業規模快速增長。目前，全球抽水蓄能裝機容量接近1.6億kW，處于前期階段的項目規模超過2億kW，抽水蓄能機組已成為國內外電力系統的重要組成和主要調節手段。2021年9月，國際水電協會（IHA）在抽水蓄能水電國際論壇發布了抽水蓄能系列報告，就抽水蓄能相關政策、市場框架、容量、成本和可持續性發展等提出意見，深入探討抽水蓄能對清潔能源轉型的作用和創新發展，對推進未來抽水蓄能高質量發展具有借鑒意義。

1 我國抽水蓄能發展新形勢

我國抽水蓄能建設從1968年起步，經過多年探索和建設實踐，電站設計、建設、運行和設備制造技術日益成熟，產業定位更加清晰，產業規劃、政策和標準體系逐步完善，現有抽水蓄能運行容量、在建電站和開展前期工作的項目規模位居世界首位，實現了從產業起步、探索完善到蓬勃發展的跨越，發展成就令人矚目。2020年9月，習近平總書記在七十五屆聯合國大會上莊嚴宣布，中國將力爭于2030年前達到二氧化碳排放峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。2021年中央財經委員會第九次會議明確把“碳達峰碳中和”納入我國生態文明建設整體布局，提出要構建以新能源為主體的新型電力系統，為我國能源清潔低碳轉型明確了新目標、擘畫了路線圖。新型電力系統在實現“雙碳”目標中基礎地位的明確，對提升系統靈活調節能力提出了更高要求。抽水蓄能具有調峰、填谷、調頻、調相、儲能、事故備用和黑啟動等多種功能，是當前電力系統內技術最成熟、經濟性最優、綠色低碳清潔和最具備大規模儲能和開發條件的靈活調節電源，項目開發面臨著市場剛性需求，未來發展呈現新的形勢，具體可歸納為“市場新需求”“發展新基礎”“規劃新支撐”和“開發新要求”四個方面。

1.1 市場新需求

抽水蓄能作為現代電力系統重要調節手段，產業發展需要結合“三結構一資源”（電源結構、負荷結構、供需結構、站址資源）差異統籌謀劃。

1.1.1 市場面臨剛性需求

構建以新能源為主體的新型電力系統，電源結構將由可控連續出力的煤電裝機為主，向強不確定性、弱可控出力的新能源發電裝機為主轉變；負荷結構將由傳統的剛性、純消費型，向柔性、生產與消費兼具型轉變；供需結構將由單向逐級輸電為主的傳統電網，向融合交直流混聯大電網、微電網、局部直流電網和可調節負荷的能源互聯網轉變，源隨荷動的實時平衡、大電網一體化控制的運行模式，將向源網荷儲協同互動的非完全實時平衡模式、大電網與微電網協同控制模式轉變，發電出力和用電負荷逐步實現解耦，對系統靈活調節能力提出了更高要求。

1.1.2 未來行業發展目標

近期，國務院印發《2030年前碳達峰行動方案》，將“加快靈活調節電源建設”作為“能源綠色低碳轉型行動”的重要舉措，并明確到2030年抽水蓄能電站裝機容量達到1.2億kW左右。根據現有開發規模和項目建設周期測算，“十四五”前三年全國（不含港澳臺，下同）新開工規模將超過3000萬kW。

1.2 發展新基礎

經過50多年的不斷探索和創新實踐，目前，全國抽水蓄能裝機容量3379萬kW，在建規模5043萬kW，開發規模穩居世界首位，抽水蓄能已有較好的發展基礎，但發展不充分和不平衡問題比較突出。

1.2.1 總體規模偏低，發展仍然不充分

目前，全國抽水蓄能運行機組容量占發電總裝機比重1.5%，按目前開發進度，預計2025年占比2.1%左右，裝機規模與系統需求相比仍然偏低，特別是未來新能源大規模發展，調節電源需求空間更大，需要加快發展解決總量不足。

1.2.2 區域和省間資源開發強度不均，呈現發展不平衡

目前，全國運行抽水蓄能電站分布在18個省（市），在建項目分布在17省（區、市），部分電網抽水蓄能電站發展較快，最高比例超過10%，發展相對集中，但西北、西南地區，以及部分省份尚無運行抽水蓄能電站，在建規模普遍較小，發展相對緩慢，需要統籌發展解決布局（項目開發）不平衡。

1.3 規劃新支撐

抽水蓄能電站主要為電力系統提供靈活調節服務，電站開發建設高度依賴區域內站址資源條件和源網荷發展規劃，并體現系統經濟原則，需要通過科學和系統規劃予以支撐。

1.3.1 項目開發規劃支撐

2020年底，全國納入抽水蓄能選點規劃（推薦站點）有效資源不足2500萬kW，遠遠不能滿足開發需要。2021年9月，國家能源局發布了《抽水蓄能中長期規劃（2021～2035年）》，建立了抽水蓄能中長期發展開發項目庫，綜合考慮系統需求和站址建設條件，提出了2035年前重點實施項目規劃規模4.21億kW，資源儲備項目規模3.05億kW，徹底化解了發展資源約束障礙，提供了項目開發規劃資源支撐。

1.3.2 布局優化資源支撐

本輪中長期規劃中大幅度增加了需求突出的“三北”地區規劃資源，為更好地發揮區域資源優化配置能力，統籌系統需求與資源條件，實現區域抽水蓄能站址資源共享、協調發展和合理布局提供了規劃支撐。

1.4 開發新要求

《中共中央國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》提出，立足新發展階段，貫徹新發展理念，構建新發展格局，堅持系統觀念，堅定不移走生態優先、綠色低碳的高質量發展道路，加快形成以儲能和調峰能力為基礎支撐的發展機制，這對抽水蓄能未來發展也提出新的要求。

1.4.1 技術創新和運營效率

抽水蓄能電站在構建新型電力系統中位于先導性和支撐性地位，未來電站運營需要立足新型電力系統發展，結合需求變化注重技術創新和運營效率，需要通過項目高質量開發和調度運營作為新型電力系統的基礎支撐。

1.4.2 生態優先和綠色發展

抽水蓄能項目大部分位于區域內海拔相對較高和水源相對充足的偏遠山區，建設征地范圍涉及生態、農田、林業等環境敏感因素較多，未來項目開發需要嚴守生態環保紅線，從環境承載容量角度統籌抽水蓄能建設規劃，依法保護生態環境和站址資源，實現生態環境保護與項目建設協調發展。

1.4.3 服務價值和競爭能力

立足未來新型電力市場需求，特別是核心技術和運營機制的調整變化，按照全社會用能成本優化和系統經濟原則，從系統角度論證項目需求和布局，實現項目精準投資。同時，針對不同站址資源開發條件的差異，挖掘資源自身的技術經濟優勢，立足一站一策，結合系統接入和服務范圍，精益設計和匠心建造，提升項目技術經濟比較優勢，實現資源利用和運營效益價值最大化。

2 加強新形勢下抽水蓄能發展研究

2.1 加強抽水蓄能服務新型電力系統功能研究，合理確定發展需求

過去20年，我國煤電和常規水電裝機快速發展；過去10年，風電和太陽能發電等新能源爆發式增長；未來，要構建新能源為主體的新型電力系統，煤電機組要向基礎保障性和系統調節性電源并重轉型，風電和太陽能裝機規模2030年要達到12億kW以上。這是系統電源結構的主要變化，與之伴隨的將是系統供需、負荷和調控平衡等方面的深刻改變，對抽水蓄能的系統功能，包括服務范圍、服務重點和調控模式提出更高的要求。

2.1.1 研判抽水蓄能作用

圍繞能源綠色低碳轉型和新型電力系統構建，及時分析電源結構、負荷結構、供需結構和調控技術等調整變化，高比例新能源和其他儲能技術大規模發展后對系統靈活調節需求轉變，精準匹配新型電力系統調節需求，科學研判預判抽水蓄能功能變化。圍繞系統需求，結合技術進步和數字化技術發展，對抽水蓄能機組技術進行攻關，拓展機組服務清潔能源發展新價值、新空間，包括存量（運行）機組的技術改進和價值拓展，增量機組的新技術應用和功能拓展。

2.1.2 研判產業發展規模

結合行業發展特點（開發周期長、服務年限更長），樹立戰略眼光，超前研判技術和系統發展趨勢，著眼系統基本配置和基礎支撐的產業定位，科學界定抽水蓄能服務未來新型電力系統的調節、保障和服務作用，合理確定發展規模和需求空間，滿足系統靈活調節合理需求，實現資源優化配置和高效利用。

2.2 加強抽水蓄能資源統籌開發研究，實現資源優化配置

持續優化重大基礎設施、重大生產力和公共資源布局，構建有利于“碳達峰、碳中和”的國土空間開發保護新格局，是推動經濟社會發展全面綠色轉型的基本要求。抽水蓄能作為重大能源基礎設施和電力系統調節資源，要依賴系統需求持續優化發展模式和開發布局，這是實現高質量發展的基礎。

2.2.1 更大范圍統籌布局

隨著電網發展不斷取得新突破，特高壓和各級電網協調發展，抽水蓄能電站已成為大電網的有機組成部分，具備了跨省調劑使用資源的技術基礎和電網條件，可以通過統籌開發解決資源站址分布與系統需求差異的矛盾。同時，抽水蓄能服務范圍究竟是區域還是省域電網，是局部電網（特別是隨著中小微型抽水蓄能陸續開發）還是跨區域等更大范圍內靈活調劑等，需要突破利益藩籬，總結現有電站跨區調度執行效果和主要障礙，因地制宜，因站施策，實現資源合理開發、更大范圍內充分利用，還需要統籌研究投資體制、核準機制和調度規則，并建立合理的能源、減排、價格和稅收等相關配套措施。

2.2.2 注重開發模式的優化

結合新型電力系統需求變化，特別是各區域、各省，甚至局部電網共性需求，研究優化開發模式。

（1）研究增量開發模式。區分系統公共服務和專項（核電、新能源聚集區、大型常規水電和各類產業園區等）需求差異，規劃好增量抽水蓄能電站的建設，特別是結合當地開發資源情況，統籌做好大型、中型、小微型抽水蓄能開發規模的論證，從技術經濟和綜合效益上，從國民經濟和財務效益上統籌論證，確定增量開發模式組合，適應系統技術和經濟需要。

（2）拓展存量電站價值。目前，全國運行和在建電站規模超過8000萬kW，基本都是按照現有電力系統需求論證開發方式和功能設置，需要結合新型電力系統需求變化，研究存量電站的技術特性增值空間、機組增容空間、容量利用空間（機組容量與運行時間合理匹配）和站址臨近區域的新能源綜合利用，并探索實施零碳運營電站的技術路徑和方案。

2.3 加強抽水蓄能能耗雙控管理研究，挖掘電站節能價值

按照《中華人民共和國節約能源法》，年綜合能源消費總量1萬t標準煤以上的用能單位列入重點用能單位，大部分抽水蓄能電站屬于重點用能單位。運行電站履行重點用能單位責任義務，服務效益得到廣泛認同，但對于抽水蓄能節能效益和能源雙控管理缺乏統一認識。

2.3.1 全面分析抽水蓄能電站能耗特點

從能源轉換過程看，抽水蓄能電站主要實現對系統富余能源的存儲和轉換利用，特別是新能源大規模并網后，可以有效緩解其發電的波動性和隨機性問題，提高系統新能源消納水平，抽水蓄能電站在系統中具備能源生產和消費“雙重”身份。從物理屬性和能源消費角度，客觀上運行存在能量轉換統計損失，主要通過綜合轉換效率定量反映，服務壽命周期（40～50年）內轉換效率保持相對穩定，也一直作為抽水蓄能電站節能管理的綜合性指標。

2.3.2 抽水蓄能電站促進系統整體能耗下降

抽水蓄能電站參與系統調節時，由調度部門根據系統安全、節能和經濟運行統籌安排，電站的節能效益體現在優化網內燃煤機組運行工況、減少調峰燃煤電源建設和促進新能源消納等環節。按裝機容量120萬kW測算，位于典型負荷中心區域的抽水蓄能電站，每年可替代火電機組調峰和備用，提升跨區清潔能源輸送能力，減少系統燃煤消耗超過18萬t；位于新能源聚集區域的抽水蓄能電站，每年可增加消納新能源電量32億kWh，減少系統燃煤消耗74萬t，電力系統整體增加的節能效益，遠遠大于電站運行抽發損耗。

2.3.3 研究完善抽水蓄能電站能耗管理

（1）規范能耗統計。按照不重不漏原則，根據抽水蓄能電站能源生產和消費特點規范能耗統計，“綜合能源消費量”統計為“購網電量”與“上網電量”的差額。

（2）改進能耗“雙控”目標。抽水蓄能電站調度完全服從于電力系統的安全穩定、清潔低碳和高效運行需求。由于系統內網源荷結構存在差異，不同電網和不同時期抽水蓄能電站功能發揮側重點有所區別，電站各年能源消耗總量與調度運行方式直接關聯，完全服從系統安全和整體節能需要，不可避免各年之間能耗總量波動性較大。無論采取歷史法或基準法核定能耗總量和節能降耗目標，都不符合抽水蓄能能耗管理特點，也不利于系統整體能耗水平下降。2021年部分電網供需緊張期間，抽水蓄能機組運行強度普遍提高，通過吸納低谷新能源電量填補電力缺口確保電力供應，但部分地方政府提出以控制能耗“雙控”指標調整機組運行，亟須完善相關措施。

（3）完善能耗“雙控”管理。從政府和電站兩個層面統籌考慮，重點研究通過對國家重大項目實施能耗統籌等措施，從根本上解決未來制約電站減排效益發揮的政策性障礙。

2.4 加強抽水蓄能行業碳管理研究，科學衡量減碳貢獻

《中共中央國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》中明確提出，加快完善行業碳排放核查核算報告標準，建立統一規范的碳核算體系。同時，文件也要求加強二氧化碳排放統計能力建設。今年，國家層面也啟動了碳核算統計研究工作。借鑒抽水蓄能能耗雙控管理經驗，要從源頭做好行業碳管理研究。

2.4.1 系統研究減排機理

啟動抽水蓄能促進清潔能源消納、系統碳減排機理研究，厘清抽水蓄能電站運行碳減排機理，從系統角度研究行業減碳效益。

2.4.2 注重多方共同研究

組織設計、運行、調度、相關環境研究機構和地方政府節能主管部門，研究形成抽水蓄能行業減碳方法學，通過運行電站實際數據測算、技術驗證和優化完善，形成各界廣泛認可的抽水蓄能電站碳資源管理方案，規范電站碳核算管理，探索碳資源市場化利用和交易機制，科學衡量電站減碳貢獻和市場價值。

2.5 加強抽水蓄能與其他技術發展研究，實現協同融合發展

構建新能源占比逐漸提高的新型電力系統，推動清潔電力資源大范圍優化配置，需要加快調節電源建設，同時還要引導系統各類資源廣泛參與調節，實現融合發展。

2.5.1 電力系統各類調節技術發展迅速

目前，抽水蓄能邁入加快發展的關鍵期，隨著現代智能控制技術、新能源發電技術和新材料技術發展，燃煤電廠通過機組靈活性和深度調峰改造，電站功能逐漸向基礎保障性和系統調節性電源并重轉變，化學儲能（以化學電池為代表）技術不斷進步，規模化應用加速推進，尤其是投資運營成本和轉換效率創新加速；用戶側負荷能量管理技術、分布式電源和微電網自身儲能技術逐漸完善，將為電力系統靈活性調節提供可靠的技術資源，需要從系統層面進行綜合研究。

2.5.2 研究實施差異化發展策略，促進協調發展

受益于技術創新和進步，系統各種靈活調節技術快速發展，但不同區域的新型電力系統對靈活調節需求也存在差異，各類技術本身能提供的服務范圍、服務品種和品質同樣存在差異。需要從技術性能、運營成本和環保特性等多維度出發，對各類技術手段進行綜合評價，界定各類技術功能，以協同發展為基礎，制定不同技術路線發展指南。同時，以滿足技術需求和系統經濟為原則，采取差異化發展策略，統籌制定各類靈活調節技術發展規劃，互補融合，促進社會資源優化配置。

3 結束語

當前，我國正處于能源綠色低碳轉型發展的關鍵時期，構建以新能源為主體的新型電力系統，靈活調節電源是基礎支撐。結合我國能源資源稟賦條件，抽水蓄能是當前及未來一段時期滿足系統調節需求的主要手段，需要加快發展，同時也需要準確把握發展新形勢，推動形成促進行業快速發展的新環境。結合多年從事抽水蓄能開發工作經驗，本文重點歸納了需要關注五個方面的相關事項，供廣大抽水蓄能開發建設人員和行業專家進行思考，以期共同提出解決方案，推進抽水蓄能高質量發展，更好服務新型電力系統建設和“雙碳”目標。