抽水蓄能電站的多元化經濟價值評價方法研究

汪 瑩，韓曉男

（國網經濟技術研究院有限公司，北京 102209）

0 引言

抽水蓄能電站憑借其靈活可變的運行模式和模式間的快速切換能力，在輔助新能源接入與支撐新型電力系統的安全穩定運行方面展示了巨大的技術潛力［1］。另一方面，相比近年來蓬勃發展的電化學儲能技術手段，抽水蓄能電站的運行效率較低，電-電循環的效率大致為65%～80%，低于電池儲能單元的85%左右的電-電循環效率［2］。這降低了抽水蓄能電站參與削峰填谷的能量平移類應用時的獲利，限制了抽水蓄能電站的可持續經濟運行。同時，受制于市場環境與產品種類限制，抽水蓄能電站的獲利手段長期依賴于單一的削峰填谷模式，無法獲取較高的經濟回報，制約了抽水蓄能電站在多種輔助服務和現貨能量市場內發揮更大的技術效用。降低了其提升電力系統新能源接入與消納能力，減弱了其參與增強新型電力系統安全穩定運行等相關工作的積極性［3-4］。

隨著我國可再生能源在電源端滲透率的進一步提升，抽水蓄能電站在調峰、調頻、快速備用、黑啟動等多種輔助服務方面存在著巨大的應用潛力和獲取可觀經濟回報的潛力。受傳統抽水蓄能電站運行模式、市場環境與市場產品設計等多種因素的制約，目前抽水蓄能電站的多元化技術與經濟價值尚未得到完全挖掘與體現。亟須結合構建新型電力系統這一背景，開展對抽水蓄能電站的多元技術經濟價值評價方法研究，促進抽水蓄能這一成熟技術手段在電力系統中發揮更大的技術效用。

目前已有大量相關抽水蓄能電站經濟價值評價方法的研究。文獻［5］提出利用海水配合海上光伏，構建抽水蓄能與光伏結合的發儲一體化系統，并基于儲能與光伏的容量配置比例，給出了經濟性評價結果與配置比例建議。文獻［6］研究了考慮經濟性的抽水蓄能與風電場的協同規劃方法。在輔助新能源接入的運行方法方面，文獻［7］研究了抽水蓄能電站與負荷響應機制相配合，提升含風力發電系統運行安全水平的優化調度策略。文獻［8］研究了抽水蓄能電站參與電力系統多元化技術服務的可行性與經濟性評價方法。但由于研究時我國尚未開展電力市場環境建設，因此抽水蓄能電站的多元化技術服務主要集中于削峰填谷與調峰等能量型應用場景。文獻［9］研究了分時電價政策對調度運行優化結果的影響。文獻［10］研究了抽水蓄能機組的碳減排效果計算方法。文獻［11］討論了儲能單元在容量市場下的經濟回報測算及量化分析結果。文獻［12］構建了抽水蓄能電站的日前市場出清計算模型，為后續研究抽水蓄能機組在市場環境下的經濟收益建立了理論基礎。文獻［13-15］研究了抽水蓄能電站在島嶼類型的獨立電網中的多種應用模式。文獻［16］討論了抽水蓄能電站在離網型系統中的控制策略，并與飛輪系統的控制策略對比分析。上述研究主要關注于抽水蓄能電站的某一種技術服務的控制策略與經濟性評價，尚缺乏在市場環境下對抽水蓄能電站參與多元化技術服務的經濟價值綜合評估分析方法的相關研究。文獻［17-19］討論了變速式抽水蓄能電站的技術特點與優勢，指出了其進一步應用于輔助新能源接入的技術潛力。文獻［20］討論了構網型模式對系統的支撐能力及參與黑啟動的技術潛力，但缺乏對其經濟性的詳細分析評估方法。

為建立抽水蓄能電站參與多元化技術服務的經濟性評價技術框架，結合國內典型抽水蓄能電站實際技術性能，構建了抽水蓄能電站多元化技術服務經濟價值的評價方法，包括提供削峰填谷、調頻、備用、容量支撐與黑啟動等多種技術服務的經濟性評價方法。在經濟性評價時結合電力市場機制與政策補償兩種收益模式，考慮多種技術服務間的互斥與相容約束，實現對抽水蓄能電站的多元化技術服務經濟性評價。

1 抽水蓄能電站多元化技術服務模型

抽水蓄能電站憑借其靈活多變的運行模式，具備以發電、抽水及旋轉調相的多種模式參與電力系統的運行。抽水蓄能電站在多種運行模式下具備不同的提供多元化技術服務的能力，因此需要對抽水蓄能電站在不同運行模式下提供多元化技術服務的能力進行量化建模分析，并以此為基礎構建抽水蓄能電站的多元化技術服務經濟性評價分析模型。

抽水蓄能電站的運行模式包括發電狀態、待機狀態以及抽水狀態。三種運行模式通過2 個二進制0-1 變量進行表示，即

式中：Pk,i,Gen為k時刻第i臺抽水蓄能機組的發電功率；Pi,Gen,min和Pi,Gen,max分別為第i臺抽水蓄能機組在發電模式下的最小與最大出力限制，均為常數，由第i臺機組的實際參數決定；Pi,Pup,out為第i臺機組在抽水模式下的額定輸出功率，常規抽水蓄能機組的抽水功率在抽水模式下為非可調節功率，僅與抽水蓄能電站的水文狀態有關，在短時間內可以認為是恒定功率，也為常數，由第i臺機組的實際參數決定；Nps為抽水蓄能機組總數；Pk,i,Pup為k時刻第i臺抽水蓄能機組的抽水功率；Pk,i為k時刻第i臺抽水蓄能機組的總輸出功率；ηi,Gen和ηi,Pup分別為第i臺抽水蓄能機組在發電模式與抽水模式下的運行效率；為抽水蓄能電站k時刻的上水庫可用水量；和分別為上水庫的最小與最大可用水量約束限值；為抽水蓄能電站k時刻的下水庫可用水量；分別為下水庫的最小與最大可用水量約束限值；kCa為抽水蓄能機組電功率與水量變化間的比例系數；Bk,i,Gen和Bk,i,Pup為0-1 變量，表示k時刻第i臺抽水蓄能機組是否運行于發電或者抽水模式，取值為0 時表示機組未處于發電或抽水模式，取值為1 時表示機組處于發電或抽水模式。

近年來隨著大功率電力電子調速技術的快速進步，出現了可變速抽水蓄能技術，可變速抽水蓄能機組的輸出功率在抽水模式下可調節，即Pk,i,Pup具有類似于Pk,i,Gen的可調節范圍，不再局限于固定的不可調節功率。同時Pk,i,Gen與常規抽水蓄能電站相比具有更大的數值調節空間。但可變速抽水蓄能電站由于需要配置大功率調速裝置并改進抽水蓄能電站水道系統的設計，導致造價較高，目前尚未在電力系統中得到普遍應用。文中參考常規抽水蓄能電站模型進行研究分析。

2 抽水蓄能電站收益分析模型

抽水蓄能電站由于具備對運行調節指令的快速響應能力，因此具備在短時間內改變其運行狀態并提供從備用到調頻等多種多時間尺度技術服務的能力。抽水蓄能電站目前提供的多種主流技術服務和經濟收益測算方法如表1 所示。

表1 多元化服務與收益情況分析Table 1 The benefit analysis of pumped storage units with diversified service.

2.1 削峰填谷收入

抽水蓄能電站通過削峰填谷獲得經濟收益主要依賴于電力價格在不同時間上存在著較大差異的場景。因此抽水蓄能電站的日經濟收益為

式中：Nt為日運行時段數；Ci,EN為第i臺抽水蓄能機組在能量市場中獲得的總收益；Ck為k時刻抽水蓄能機組所對應的能量市場價格。

在進行上述削峰填谷運行時一般應保證抽水蓄能機組的日水量平衡，即抽水蓄能電站的水庫水量保持不變。

考慮到常規抽水蓄能電站由于發電功率可調節但抽水功率不可調節，因此在日運行模型中無法保證水庫水量的完全一致，需要設置水量波動閾值以保障抽水蓄能電站削峰填谷模式優化運行模型的可解性。由于考慮了水量日平衡約束，抽水蓄能電站的發電效率損失與抽水效率損失均通過水量平衡約束進行了體現。當日內各時段能量電價差異不顯著時抽水蓄能電站在能量市場的獲利能力將大幅下降。

2.2 調頻收入

調頻模式下抽水蓄能電站獲得的收益與抽水蓄能電站的可用調頻容量及性能因子系數有關，第i臺機組參與調頻所獲得的收益CFR,i具體表達式為

式中：Ck,i,FR為第i臺機組k時刻參與調頻市場的出清價格；Pk,i,FR為抽水蓄能機組參與調頻市場的容量大小；Ki,m,FR為第i臺機組在第m個評價時段內的性能因子系數；CFRC為機組在發電模式下提供調頻服務所獲得的能量補償費用計算系數；Pk,i,FRA為第i臺機組k時刻所提供的發電輸出功率；TLen為單個計算時段的時間長度，h。

從式（11）的描述中可以看出，抽水蓄能電站參與調頻市場所獲得的收益除了與參與容量、市場出清價格有關外，還與抽水蓄能電站的性能因子系數Ki,m,FR有關。該性能因子的大小與同區域內的機組平均調頻性能有關，調頻性能與機組的調節精度和響應時間有關。當抽水蓄能電站所在的區域低調頻性能火電機組數量較多時，抽水蓄能參與頻率調節的獲益將隨抽水蓄能電站相對較高的性能因子系數取值的提升而提升；與之相對應，當抽水蓄能電站所在的區域高調頻性能的水電機組和電池單元的數量較多時，抽水蓄能電站參與頻率調節的獲益將隨性能因子系數的下降而降低。另外，發電機組提供調頻的累計里程補償也可以通過式（11）中的Ki,m,FR性能因子調節系數進行體現。在同一時段內，參與調節的累積調節里程大的機組將獲得較大的性能調節系數以補償機組所提供的調頻里程。

2.3 備用收入

抽水蓄能電站中第i臺機組參與備用市場的收益CRE,i為

式中：Ci,RE,PRE為備用市場計算出清價格或政策補償價格；Pk,i,RE為抽水蓄能電站提供備用服務的機組容量。

目前各省電網對合格備用機組一般要求機組具備在10～15 min 內響應調度調節指令。這一要求與抽水蓄能電站數分鐘的啟動準備時間相匹配，使得抽水蓄能電站滿足了參與提供備用服務的技術要求，具備通過提供備用服務獲得經濟回報的能力。此外，Ci,RE,PRE價格在全日的不同時段具備不同的數值，一般在高峰時段按照Ci,RE,PRE全額計算，在低谷時段按照0.5Ci,RE,PRE的標準補償。

2.4 容量支撐收入

抽水蓄能電站憑借其靈活快速的響應能力具備了在高峰時段增強電力系統供電能力的技術潛力，因此抽水蓄能電站一般具備從容量市場獲取收益的能力。第i臺機組參與容量市場所獲得的收益CCA,i為

式中：Ci,CA,PRE為第i臺機組從容量市場或容量補償政策獲得經濟收益的容量補償單價系數；γi為抽水蓄能電站的年可用率統計指標，用于描述抽水蓄能電站的年可用率，并直接影響抽水蓄能電站在容量市場中的經濟收益。

2.5 黑啟動收入

抽水蓄能電站第i臺機組參與黑啟動服務的收入Ci,BS為

式中：Ci,BS為第i臺機組從黑啟動市場或黑啟動補償政策獲得的月度經濟收益；Ci,m,BS為黑啟動服務在第m個評價時段的單位容量收益系數。

2.6 防洪調節與農業支持等間接收入

由于抽水蓄能電站的運行會影響河道水量的管理與調度，因此抽水蓄能電站除通過發電與抽水模式直接從電力相關市場或依靠相關電價政策獲取直接經濟收益外，抽水蓄能電站收益測算還涉及抽水蓄能電站參加所在流域防洪調節、農業支持等活動所產生的間接社會效益。在某些極端情況下或所在地區的經濟活動較活躍時，抽水蓄能電站的上述間接社會效益能夠超過提供電力相關服務所獲得的直接收益，也應引起相關研究人員與政策制定人員的重視。文中未考慮抽水蓄能提供防洪調節所對應的間接社會效益，主要關注于抽水蓄能電站的直接收益部分。

3 抽水蓄能電站多元化經濟價值評價

3.1 多元化技術服務的相容性與相斥性

抽水蓄能電站由于其快速靈活多變的技術特點，具備了提供多元化技術服務并同時獲取多種技術回報的可能，從而提升抽水蓄能電站的經濟回報水平。但所涉及的部分經濟活動也存在著相互排斥、不可同時參加的情況。需要對目前主流的相關技術服務進行相容與相斥特性分析。根據所構建的抽水蓄能電站多元化技術服務框架，抽水蓄能電站提供的多元化技術服務相容性與相斥性分析如表2所示。

表2 相容性與相斥性分析Table 2 The possibility of pumped storage units to provide diversified service simultaneously.

其中部分技術服務以抽水蓄能電站的潛在調節能力作為獲得經濟補償的依據，這部分服務與其他服務不沖突，使抽水蓄能電站能夠獲得更多的經濟補償，提升抽水蓄能電站的經濟回報。部分技術服務補償的目的是鼓勵發電單元通過技術升級改造具備滿足某些功能的技術能力，例如黑啟動電源補償。這類型的技術服務通常與其他技術服務相容，能夠進一步增加相關機組的經濟收入。

3.2 經濟價值綜合評價方法

抽水蓄能電站由于具備同時參加多種技術服務并獲得經濟回報的可能，因此評價抽水蓄能電站的多元經濟價值需要根據市場環境下的多種價格信號數值特點，分析抽水蓄能電站的最大可能經濟回報。為此可以根據式（15）—式（16）所構建的優化模型以抽水蓄能機組經濟回報最大化為目標，測算抽水蓄能機組的最大經濟回報能力，展示抽水蓄能機組參與多元化技術服務的優化安排，即：

式中：Pi,k,j為第i臺機組在k時刻參與第j項技術服務的投入功率份額；Cj為參加第j項技術服務的經濟收入，j的最大值為M，抽水蓄能機組在不同時刻會選擇不同的技術服務組合以實現經濟收入的最大化；Pi,j,max為第i臺機組參與第j項技術服務的最大可用功率；Bi,k,2為抽水蓄能機組是否參與調頻市場的0-1 變量，取值為1 表示參與調頻市場，取值為0 表示未參與調頻市場，其取值受到抽水蓄能機組參與能量市場情況的制約，即抽水蓄能需要以發電模式運行，其才具備在對應時段參與調頻市場的可能。

上述模型中對多種市場價格均作為已知的邊界條件處理，在給定的邊界條件下給出抽水蓄能機組的最佳運行策略，實現最大經濟收益，計算分析了抽水蓄能機組所獲得經濟收益的理論上界。具體的模型求解方法如圖1 所示。在實際運行時，考慮到對市場價格預測的誤差，抽水蓄能機組的實際收益通常會低于理論上界。

圖1 抽水蓄能電站收益最大化模型求解流程，Fig.1 The flow chart for solving the revenue maximization model

基于圖1 所示的抽水蓄能電站經濟收益最大化分析模型，分析抽水蓄能電站通過參加削峰填谷、調頻與系統備用多種技術服務獲得經濟回報最大化的運行模式，獲得抽水蓄能電站在給定市場價格邊界條件下的經濟回報理論上限。進一步結合抽水蓄能電站獲得的黑啟動收入與容量收入，形成考慮相容相斥性的抽水蓄能電站收益綜合評估結果。具體評估方法如圖2 所示。

圖2 抽水蓄能電站經濟收益綜合評價方法Fig.2 The economic evaluation method of pumped storage power stations

圖3 電價波動場景曲線Fig.3 The curve under scenarios with fluctuant electricity prices

4 算例分析

根據所構建的多元化經濟評價體系結合我國典型區域中的典型數據對抽水蓄能電站的多元化經濟評價模型進行測算，給出具體的測算結果。文中涉及的具體算例參數設置與依據如表3 所示。

表3 測算關鍵參數設置及依據Table 3 The key parameters of evaluating the revenue for pumped storage units with diversified service

4.1 外部計算條件

算例計算部分設置了3 個典型的電價場景對抽水蓄能電站的經濟收益情況進行量化評估計算，分別為低電價波動場景、標準電價波動場景和高電價波動場景。抽水蓄能機組水-電單次轉換效率為85%，抽水蓄能機組電-電的轉換效率為85%×85%≈72%。抽水蓄能電站參數參考廣州抽水蓄能電站實際參數，單臺機組在發電模式下和抽水模式下額定功率為300 MW，發電模式下最小輸出功率為180 MW，簡化起見，算例中以單臺機組的運行模式代表全站。由于文中的研究主要針對抽水蓄能電站的日運行曲線，要求抽水蓄能電站實現日運行水量平衡，考慮到抽水蓄能電站上下水庫庫容容量較大，日運行一般不受庫容約束，因此在算例中不考慮上下水庫的庫容約束。抽水蓄能電站的運行模式轉換時間通常為10 min 以內，而本算例中以小時間隔對收益進行計算分析，在這種設定下忽略了抽水蓄能電站運行模式的轉換時間。電價邊界條件方面，選取實際系統中某一典型日的電價曲線作為電價基準場景，即場景2，隨后分別設置了電價波動量低的場景1 與波動量高的場景3。

根據各算例中相鄰時段電價的波動量設置了調頻市場所對應的調頻價格進行計算分析。調頻電價場景如圖4 所示，分別對應調頻價格低、中和高場景。抽水蓄能機組在每個時段內最多可以憑借在發電模式下的［180 MW，300 MW］內的120 MW 可調節功率參與調頻市場。

圖4 調頻價格波動場景曲線Fig.4 The curve under scenarios with fluctuant frequencies and regulation prices

4.2 多元化服務收益測算

在上述3 個場景下抽水蓄能電站通過能量市場的電價套利收入分別為：場景1 收入0，場景2 收入28.47 萬元，場景3 收入91.18 萬元。其中場景1 收入為0 是考慮到峰谷電價差異不足以抵消抽水蓄能電站抽水與發電間的效率損失，所以無法通過削峰填谷的運行模式從能量市場獲得收益。

再進一步考慮備用輔助服務收益，在能量市場的空閑時刻提供備用服務可以獲得的收入在3 個場景下分別為8.1 萬元、2.93 萬元和2.25 萬元。其中抽水蓄能機組在場景1 中全部的24 個小時均通過參與備用服務獲得收益。因此在考慮備用服務的收入后，3 個場景下抽水蓄能機組的收益分別為：場景1 收入8.1 萬元，場景2 收入31.37 萬元，場景3 收入93.43 萬元。由此說明備用服務能夠進一步提升抽水蓄能電站的經濟收入水平。這種模式下場景2 和場景3 中抽水蓄能電站的每小時功率容量分配如圖5 和圖6 所示。

圖5 場景2下抽水蓄能電站每小時容量分配Fig.5 The hourly power capacity allocation of pumped storage unit under scenario 2

圖6 場景3下抽水蓄能電站每小時容量分配Fig.6 The hourly power capacity allocation of pumped storage unit under scenario 3

再進一步考慮所構建的由式（15）—式（19）描述的多元服務優化決策模型，可以進一步控制抽水蓄能機組在某些時刻內通過將原有參與能量市場的運行模式調整為部分功率容量參加削峰填谷，部分容量參加調頻的運行模式，在這種模式下抽水蓄能電站在3個場景下的經濟收入分別進一步提升為8.1 萬元、32.16 萬元、93.91 萬元，提升了抽水蓄能電站的經濟收益水平。抽水蓄能電站在場景2 和場景3 模式下的具體運行狀態如圖7 和圖8 所示，具體收益情況如表4 所示。

圖7 場景2下抽水蓄能電站收益最大化模式下每小時容量分配Fig.7 The hourly power capacity allocation of pumped storage unit under scenario 2 with maximized revenue

圖8 場景3下抽水蓄能電站收益最大化模式下每小時容量分配Fig.8 The hourly power capacity allocation of pumped storage unit under scenario 3 with maximized revenue

表4 抽水蓄能在多種場景下的綜合收益Table 4 The revenue of pumped storage units with different scenarios 單位：萬元

進一步考慮調頻價格對抽水蓄能電站收益的影響，將場景2 中的調頻價格進一步調整為原始價格的2 倍以及將調頻的性能因子系數調整為2，即調頻性能因子系數調整為基礎場景的2 倍。抽水蓄能機組的運行狀態如圖9 和圖10 所示。在這兩種場景下抽水蓄能電站的調頻收入分別增至1.87 萬元和5.76 萬元，備用收入分別增至3.83 萬元和4.28 萬元，能量市場收入分別降至27.18 萬元和24.8 萬元，總收入分別增至32.88 萬元和34.84 萬元，比原有場景分別提升了2.2%和8.3%。說明抽水蓄能電站的調頻收益即便在調頻收益較高的場景下對綜合收益的占比也較少。同時相比調頻價格，抽水蓄能電站在調頻性能因子取值較高的場景下，即其他機組調頻性能因子均值較低時，能夠憑借其較好的技術性能通過性能因子獲得較高的收益，具體收益情況如表5 所示。

圖9 場景2下增加調頻市場價格后抽水蓄能電站的每小時容量分配Fig.9 The hourly power capacity allocation for pumped storage under scenario 2 with increased frequency regulation price

圖10 場景2下提高性能因子后抽水蓄能電站的每小時容量分配Fig.10 The hourly power capacity allocation for pumped storage under scenario 2 with increased performance factor

表5 抽水蓄能在增加調頻收益情況下的收益Table 5 The revenue of pumped storage units with increased frequency regulation price 單位：萬元

再進一步考慮系統效率對抽水蓄能電站經濟收益的影響。圖11—圖13 分別給出了抽水蓄能機組抽水和發電效率均為80%情況下，基礎場景、2 倍調頻價格、2 倍調頻價格和2 倍性能因子的計算結果。

圖11 場景2下抽水蓄能電站80%效率下的每小時容量分配Fig.11 The hourly power capacity allocation for pumped storage under scenario 2 with 80%efficiency

圖12 場景2下增加調頻市場價格后抽水蓄能電站80%效率下的每小時容量分配Fig.12 The hourly power capacity allocation for pumped storage under scenario 2 with 80%efficiency and increased frequency regulation price

圖13 場景2下提高性能因子后抽水蓄能電站80%效率下的每小時容量分配Fig.13 The hourly power capacity allocation for pumped storage under scenario 2 with 80%efficiency and increased performance factor

圖14—圖16 分別給出了抽水蓄能機組抽水和發電效率均為90%情況下，基礎場景、2 倍調頻價格、2 倍調頻價格和2 倍性能因子的計算結果。

圖14 場景2下抽水蓄能電站90%效率下的每小時容量分配Fig.14 The hourly power capacity allocation for pumped storage under scenario 2 with 90%efficiency

圖16 場景2下提高性能因子后抽水蓄能電站90%效率下的每小時容量分配Fig.16 The hourly power capacity allocation for pumped storage under scenario 2 with 90%efficiency and increased performance factor

不同運行效率下抽水蓄能電站的綜合收益情況如表6 所示。

表6 抽水蓄能在不同效率下的收益Table 6 The revenue of pumped storage units with different operation efficiencies 單位：萬元

表6 顯示，抽水蓄能電站的運行效率對經濟收益影響很大，在基礎場景2 下，運行效率從80%提升到90%可以使綜合收入增加1 倍以上。這是由于更高的運行效率能夠增加抽水蓄能電站削峰填谷運行的時段數，同時增加原有削峰填谷操作時段內的對應收益。在雙重作用下可以大幅增加抽水蓄能電站的綜合收益。較低的抽水蓄能電站運行效率會減少抽水蓄能電站發電模式的運行時段數，從而降低抽水蓄能電站參與調頻服務的機會，即使調頻價格增加，抽水蓄能電站通過調頻服務增加的收入也有限。反之，當抽水蓄能電站運行效率較高時，因為抽水蓄能電站以發電模式運行的時段數增加，參與調頻服務的機會更多，因此當調頻價格上升時，抽水蓄能電站獲取的調頻收益增加量更高。以文中算例為例，90%運行效率情況下，調頻收益最高的場景相比次高場景增加了247%，而80%運行效率下僅增加了180%。因此提升抽水蓄能電站運行效率將能夠從能量市場與調頻市場兩方面同時增加收益。

此外，在場景1—場景3 下，算例中涉及的300 MW容量抽水蓄能機組還具備每年獲得容量市場補償收益為550 元/kW×300 000 kW×95%=1.5675 億元，折算為日收入42.95 萬元；黑啟動補償收益為0.2 元/kW×300 000 kW×12=72 萬，折算為日收入0.20 萬元，相比容量市場補償收益，黑啟動補償收益可以忽略不計。

4.3 結果分析

在3 個場景下，抽水蓄能電站通過以不同策略參加能量市場和輔助服務市場能夠取得多樣化的經濟收益。數值計算結果顯示，能量電價與調頻電價差異能夠大幅影響抽水蓄能電站的經濟回報。能量市場價格峰谷差較大的計算場景，也是調頻價格波動較大的場景，在這種場景中，抽水蓄能機組通常能夠從能量市場和輔助服務市場中取得較好的經濟回報。抽水蓄能機組由于從抽水模式到發電模式間所涉及的兩次轉換水量損失較大，導致抽水蓄能機組的電-電循環轉換效率較低，使抽水蓄能電站在能量價格波動較低的場景中無法取得正收益，降低了抽水蓄能電站的經濟回報水平。

考慮到調頻市場價格與市場中提供調頻服務的機組容量、日負荷曲線峰谷差異和日負荷波動水平有緊密聯系，因此日能量市場波動較小的場景下調頻市場價格也通常波動較小且價格較低。這種場景下抽水蓄能電站通常無法通過參加調頻市場大幅改善其收益水平。

此外，數值計算分析結果顯示容量市場的收益對于抽水蓄能機組的經濟收益起到了重要的托底保障作用，是提升抽水蓄能機組經濟收入水平的重要保障機制。

5 結束語

構建抽水蓄能電站的多元化技術服務經濟價值評價方法，覆蓋了抽水蓄能電站參與削峰填谷、調頻、備用、容量市場以及黑啟動服務等多元化技術服務。通過研究三種典型的能量和調頻輔助服務價格場景，分析了抽水蓄能電站在多元化市場環境下的經濟回報構成，驗證了抽水蓄能電站的經濟收入水平與日負荷曲線峰谷差和日負荷波動具有緊密聯系。抽水蓄能電站的電-電循環效率也對抽水蓄能電站參與能量市場的收益水平有著重要影響。電-電循環效率較低會導致抽水蓄能電站在日能量電價曲線波動小的場景下無法獲得正收益，而失去參與能量市場并獲得收益的可能。同時，由于抽水蓄能電站未參與能量市場，導致抽水蓄能電站在對應時段內無法處于發電模式，降低了抽水蓄能電站參與調頻提升收益的可能。因此提升抽水蓄能電站的電-電轉換效率是提高抽水蓄能電站經濟收益的重要措施。根據現有技術參數與政策保障機制，抽水蓄能電站從容量市場獲得的回報在抽水蓄能電站綜合經濟收益中占有重要比重，容量市場的建立將是確保抽水蓄能電站經濟收益的重要保障機制。

所構建的多種電價場景較為簡單，未考慮電價不確定性在抽水蓄能機組實際運行時對抽水蓄能機組經濟回報的量化影響，僅關注于計算分析抽水蓄能電站綜合經濟回報的理論上限，因此在后續研究中將針對這一點進一步開展研究。此外，變速型抽水蓄能電站憑借其具備更廣、更靈活的調節范圍，將使抽水蓄能電站在發電和抽水模式下均具備提供調頻服務的可能，打破了目前調頻服務依賴于抽水蓄能電站處于發電模式的約束，未來也將就這一問題在文中研究基礎上繼續開展相關研究，進一步完善抽水蓄能電站的多元化經濟評價方法。