抽水蓄能企業參與碳市場探討

陳同法 孫旭偉 殷苗苗 李雪瑩

（1 國網新源控股有限公司 北京 100052 2 華東宜興抽水蓄能有限公司 江蘇宜興 214200）

引言

實現碳達峰碳中和對于我國長期發展具有重大戰略目標意義，將有效推動我國經濟社會的高質量全面發展，也是我國深入推進生態文明建設的必然選擇。雙碳目標的實現將從經濟體系、能源生產和消費體系、生產生活方式等方面全面助推經濟社會發展的綠色轉型，對產業結構調整升級、能源供給側結構調整、能源消費側節能增效與電氣化以及生態系統碳匯能力等方面都提出了更高要求，將推動經濟社會發生系統性變革，最終實現我國生態和經濟高度協調的可持續發展道路。

我國“雙碳”目標落實的關鍵在于能源結構的低碳化，要建成深度脫碳的新型能源體系，實現大比例可再生能源接入的電力系統[1]。抽水蓄能將為這一電力系統的實現提供關鍵支撐，可再生能源具有間歇性，波動性特征，而抽水蓄能正是能實現電力系統安全穩定運行的重要調節電源。此外抽水蓄能電站基本不產生污染物的排放，能有效降低電力系統排放到大氣中的污染物，具有顯著的環境效益。

同時，碳排放權交易市場是我國“雙碳”目標的重要政策工具，將在碳資源配置上發揮基礎性和決定性作用，充分發揮市場機制的靈活性，有效助力全社會減排成本的降低。具體而言，減排成本低的企業所實現的超額減排，可獲得盈余碳配額，減排成本高的企業可通過交易的方式購買該部分配額以實現其減排目標。這一機制一方面實現了全社會的系統性減排，另一方面也有效的實現了減排成本的降低。碳減排機制則是碳市場的補充機制，其基本原理是允許碳交易體系外的溫室氣體減排項目所產生的減排量可以作為國家或企業實現其減排目標時“沖抵” 其排放的指標來源之一，碳減排機制為非控排企業的節能減排活動提供了參與市場、獲得減排收益的重要渠道。

1 抽水蓄能在雙碳目標下的發展潛力

在我國能源綠色低碳轉型發展的大方向下，風電、光伏發電等新能源裝機增速顯著，新型電力系統對調節電源的需求更加迫切，抽水蓄能機組良好的技術特性能很好的適應未來電力系統調節需求。在傳統電網中，抽水蓄能電站是在負荷低谷時段抽水，存儲系統內富余電能。用電高峰或者是系統需要靈活調節的時候，那么抽蓄電站就等同于常規水電，放水發電為系統提供頂峰電能和輔助服務，機組在抽水和發電生產過程中可以進行各種形式的工況轉換，根據系統需要提供靈活調節服務，實現系統安全穩定運行和能源資源高效利用。隨著我國新能源大規模并網，抽水蓄能可以通過存儲和轉換利用系統富余能源，有效緩解新能源發電的波動性和隨機性問題，提高系統消納新能源水平，對電力行業清潔低碳轉型具有顯著的減排效益。

截至2020 年，全球抽水蓄能裝機容量達到1.59億千瓦，中國抽水蓄能電站的投產規模3249 萬千瓦，主要分布在華東、華北、華中和廣東；抽水蓄能電站在建規模5513 萬千瓦，約60%分布在華東和華北，投運、在建規模均居世界第一，我國已是世界上抽水蓄能電站裝機容量最大的國家。對于未來市場空間，電力系統對抽水蓄能、新型儲能等需求巨大。2021 年9 月，國家能源局發布了 《抽水蓄能中長期發展規劃（2021-2035 年）》，規劃中明確提出到2025 年抽水蓄能投產總規模較“十三五”翻一番，達到6200 萬千瓦以上；到2030 年，抽水蓄能投產總規模較“十四五”再翻一番，達到1.2 億千瓦左右；到2035 年，形成滿足新能源高比例大規模發展需求的，技術先進、管理優質、國際競爭力強的抽水蓄能現代化產業，培育形成一批抽水蓄能大型骨干企業。國網公司還發布了“碳達峰、碳中和”行動方案，提出圍繞電能替代、抽水蓄能、綜合能源服務等，為產業鏈上下游提供碳減排服務，通過市場手段統籌能源電力發展和節能減碳目標實現。因此，在“十四五”到“十五五”期間，抽水蓄能裝機總量仍將持續大幅發展。

2 抽水蓄能的減排貢獻

抽水蓄能行業一直是電力行業碳減排路徑規劃中的重點內容。實現碳達峰、碳中和需要構建以新能源為主體的新型電力系統，但由于風電，光伏的不穩定特點，使得新能源的總體利用效率依然較低。在能源體系清潔低碳安全高效轉型過程中，電力系統運行特性將發生顯著變化，需要配備足夠的靈活調節電源和儲能設施。抽水蓄能機組具有發電、抽水、發電調相、抽水調相等多種穩態運行工況，工況之間轉換靈活[2]。電力負荷高峰時段，抽蓄機組一般發電工況運行，將低谷時段存儲的系統富裕電能轉化為“頂峰”電力，緩解系統供需矛盾；在電力負荷低谷時段，抽蓄機組一般抽水工況運行，吸收系統富裕電能，通過“填谷”蓄能提升系統運行經濟性；抽蓄機組通過靈活運行可實現為新能源提供大容量儲能；抽蓄機組可在發電與抽水工況之間靈活轉換，在電網需要時發電調峰、抽水填谷，充當儲能角色；同時抽水蓄能機組在系統中國還可以發揮低頻切泵、高頻切機等多種作用[3]。因此，抽水蓄能在保障大電網安全、促進新能源消納、提升全系統性能作用巨大，加大加快抽水蓄能開發建設更加迫切。

抽水蓄能在多種工況下都可以直接或間接發揮促進新能源消納的作用。

一是在新能源發電充足而電力系統調節能力不足時，抽水蓄能及時啟動抽水工況，可作為電力負荷直接消耗新能源發電量，有效提升新能源消納空間。

二是在電力負荷尖峰時段（尤其是面臨調節手段不足和新能源消納空間受限的雙重壓力的情況下），抽水蓄能通過發電工況運行，使電網安全穩定度過短暫的尖峰時段，從而在電力系統處于基荷和腰荷時段降低全網火電機組出力，為新能源發電騰出空間，間接促進新能源消納。

三是在電力負荷尖峰時段，且系統備用容量嚴重不足的情況下，抽水蓄能通過備用的方式保證了系統緊急備用和調節能力，以常規電源備用替代的方式為新能源發電騰挪空間，間接促進新能源消納[4]。

（1）抽水蓄能電站承擔儲能作用促進新能源消納

我國大部分電網普遍火電占比較重，且火電具有啟停慢、調節范圍有限的特點，使得可再生能源發電波動性大、不可調節等問題難以解決。

假設系統無抽水蓄能電站，當系統中峰谷差大到一定程度時，為滿足系統高峰負荷需求，必須保證一定容量的火電機組并網運行，而在當天電力負荷較低時，為保證這些火電機組低出力運行不停機，犧牲了系統可消納的新能源空間。當存在抽水蓄能電站情況下，抽水蓄能機組便可充當系統用戶角色，當新能源大發力時期開始抽水運行消納新能源發電，有效提高系統調節能力。目前，抽水蓄能電站抽水運行已由原來的夜間負荷低谷抽水逐漸變為夜間低谷和中午平峰兩個時段抽水，由原來的低谷消納火電為主轉變為低谷消納新能源為主，在促進新能源消納方面發揮了直接作用。

（2）抽水蓄能電站承擔調峰作用促進新能源消納

電網中常規電源發電能力在大部分時段內可滿足負荷用電需求，新能源電量基本可以通過多種電源調節形式協同消納，但是在負荷尖峰時段，有時會面臨調節手段不足和消納新能源的雙重壓力。抽水蓄能具有快速響應能力和靈活調節能力，能夠替代部分火電機組開機，從而提升了系統內的新能源消納空間。

假設系統無抽水蓄能電站，在大部分時段，需要保證一定火電機組以最小經濟處理運行，從而在負荷尖峰時段機組滿載運行出力能夠滿足用電需求。當存在抽水蓄能電站情況下，在負荷尖峰時段可以快速響應調節，選擇用抽水蓄能發電頂出力，幫助系統平穩度過短時負荷尖峰，從而不需要增開火電機組，在基荷和腰荷時段為新能源騰出發電空間，間接的促進了新能源消納。

（3）抽水蓄能電站承擔備用作用促進新能源消納

在作為備用間接提升新能源消納空間方面，在負荷尖峰時段且在系統備用容量不足的情況下，抽水蓄能機組的備用容量可以在這一關鍵時刻為電網提供調整發電空間的能力，從而確保在負荷尖峰時段可以通過抽水蓄能機組代替增開火電機組，使得在基荷和腰荷時段為新能源發電騰挪出空間，間接地促進了新能源消納。

假設系統無抽水蓄能電站，在大部分的時段，需要多臺火電機組以最小經濟處理運行，以保證在負荷尖峰時段機組滿載運行出力能夠滿足備用容量需求。當存在抽水蓄能電站情況下，在負荷尖峰時段可以快速的響應，從而不需要增開火電機組，間接的促進了新能源消納。

3 目前抽水蓄能企業參與我國碳市場情況

2011 年10 月，國家發展改革委下發《關于開展碳排放權交易試點工作的通知》，批準七個地區開展碳排放權交易試點工作，分別為北京、天津、上海、重慶、湖北、廣東和深圳。試點市場自2013 年6 月至2014 年4月間以上各試點陸續開市交易，2016 年，福建碳市場啟動。試點碳交易市場作為全國碳市場的“試金石”，為全國碳市場建設積累了寶貴經驗。

2021 年1 月5 日，生態環境部公布了《碳排放權交易管理辦法（試行）》，并印發配額分配方案和首批重點排放單位名單。全國碳市場第一個履約周期于2021年1 月1 日起正式啟動，先期以電力行業為突破口。目前，我國碳市場的體量已成為全球第一大碳市場，我國碳市場的建設和運行在全球碳定價機制發展史上都具有里程碑式的意義。

2021 年7 月16 日，全國碳市場正式開盤交易，日，開盤價為48.00 元，收盤于51.23 元，漲幅達6.73%。開盤后第一筆成交價格為48.00 元，此后價格快速上漲觸及52.80 元的漲停價，此后小幅回落。交易首日的成交均價為51.23 元，成交量為410.4 萬噸，成交額達2.10 億元。當前全國碳市場交易產品仍為配額現貨，2021 年下發的《碳排放權交易管理辦法（試行）》已明確未來條件成熟后，交易主體將逐步擴大范圍，把其他重點行業納入其中，同時也將接受可再生能源、林業碳匯、甲烷利用等的減排項目作為抵銷機制，為全國碳市場納入碳減排機制奠定了政策基礎。

目前納入國家碳市場的電力企業僅包括火電企業，包括燃煤以及燃氣機組，不包括生物質發電、達到一定比例的摻燒機組、特殊燃料發電機組、自產資源發電機組以及其他特殊發電機組。各試點地區納入的電力行業企業也以火電企業為主，其中北京市碳排放權交易市場納入了國網新源控股有限公司北京十三陵蓄能電廠，是目前全國唯一納入碳市場履約的抽水蓄能企業，履約的排放量核算邊界為抽水耗電導致的排放。北京試點市場針對抽蓄項目采用的配額分配方案采取了歷史總量法，即配額基于企業歷史年份排放總量并引入控排系數確定，對企業的排放總量提出了控制上限。根據目前北京市試點市場配額分配方法，抽水蓄能企業在2019 年度控排系數為96%，2020 年度控排系數為92%，這意味著電廠需要在歷史年份排放的基礎上實現4%-8%的排放總量，也即耗電量的下降。

然而從抽水蓄能的發電機制來看，抽水蓄能的抽水能耗的最終目的是實現電力系統的高效平穩運行以及更多清潔電力的接入。

一方面，抽水蓄能需要滿足電力系統調度要求進行抽水，企業自身無法主動實現耗電量的控制，當前減排目標的設置對企業減排行動沒有直接的指導意義。另一方面，抽水蓄能的耗能以及排放實際上實現了更大范圍內的減排，單就抽水蓄能電廠考慮排放效應，實質上忽略了抽水蓄能運營為電力系統帶來的更大范圍內的減排效益。此外，從國家對抽水蓄能行業的定位來看，抽水蓄能也是建設我國新型電力系統的重要舉措，充分肯定了抽水蓄能行業在“雙碳”目標下的減排貢獻。因此，抽水蓄能企業更適宜以減排者的定位參與碳市場。

減排項目通過參與市場獲取減排收益，能夠引領投資導向，有效助力實現全社會減排成本優化。但這一收益的前提需要具備相應的針對抽水蓄能企業的減排方法學。根據中國自愿減排交易信息平臺統計，目前存在1 個抽水蓄能相關小規模方法學：CMS-080-V01 在新建或現有可再生能源發電廠新建儲能電站。該方法學適用于在新建或現有的可再生能源發電廠（風電/光伏）新建儲能電站，并且應與所在電網有獨立的集電線路相連，且電量可以單獨核算。儲能電站與電網間有單獨線路連接，電網用電低谷時，可再生能源發電廠過剩電力通過輸電線路將電力輸送至儲能電站存儲，電網用電高峰時，儲能電站將可再生能源發電的電力輸入電網[5]。

因此，對于廣大的并網抽水蓄能項目，仍缺乏普適性方法學，減排的核算量化方法存在空白。因此，開發抽水蓄能技術的減排方法學是支撐抽水蓄能項目的減排貢獻量化，助力企業碳資產價值變現的首要途徑。

結語

“雙碳”目標的提出，為新型綠色低碳技術創造了巨大的發展空間，各類技術減排效益的量化，是未來各類技術“低碳”價值的重要評估標準。同時，我國碳排放權交易市場已于2021 年7 月正式啟動交易，呈現了較為積極的碳價信號，并且市場規模還將在十四五期間持續擴大，碳減排機制的納入也各類技術提供了獲得減排收益的機遇。隨著我國抽水蓄能行業的不斷壯大發展，行業企業也將擁有更多的減排資產。

為進一步實現參與碳市場，獲取減排收益，減排量化方法學的研究是首要工作。并網抽水蓄能電站在減排機制下難以發揮作用的主要原因在于其減排機理的復雜性和間接性。但經本文分析，可以從抽蓄的不同功能實現直接及間接消納可再生能源的角度開展減排機理及相關量化方法的進一步研究。通過深入分析抽水蓄能電站運行原理及功能，明確抽水蓄能電站在電力系統中的作用，并進一步的論證抽水蓄能電站在承擔儲能、調峰和備用功能時對新能源進行消納的關鍵原理。

（1）針對抽水蓄能通過儲能功能直接消納新能源，建議可通過對比新能源出力總加曲線和抽水曲線，建立不同情境下被抽水消納的可再生能源電量量化準則用于計算減排。

（2）針對抽水蓄能通過調峰作用間接促進新能源消納，可通過對比出力曲線計算獲得抽水蓄能電站替代火電開機容量情況，除去負荷高峰時段和抽水時段后，將替代出力與新能源出力進行對比獲得調峰促進新能源消納電量，用于計算減排。

（3）針對抽水蓄能承擔備用間接促進新能源消納，通過對比負荷曲線獲得抽水蓄能電站降低系統備用火電機組開機容量情況，除去低谷抽水時段和高峰發電時段后，將替代電量與新能源出力進行對比獲得備用促進新能源消納電量，用于計算減排。

綜合上述分析，最終建立抽水蓄能電站在承擔儲能、調峰和備用作用下消納新能源量化準則，并形成科學可行的減排算法，支撐碳資產的價值實現。