自習(xí)近平總書記提出“雙碳”目標(biāo)愿景和構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)以來，關(guān)于新型電力系統(tǒng)面臨的變革和挑戰(zhàn)被廣泛研究和深刻認(rèn)知。面向新型電力系統(tǒng)，電源側(cè)新能源將成為電量的主要提供者，電網(wǎng)側(cè)從交直流混聯(lián)大電網(wǎng)向微電網(wǎng)、柔直電網(wǎng)等多元形態(tài)并存轉(zhuǎn)變，負(fù)荷側(cè)由單一用電向發(fā)用電一體轉(zhuǎn)變，電力系統(tǒng)正在發(fā)生深刻變化。
由于新能源發(fā)電特性的隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性，加之負(fù)荷側(cè)發(fā)用一體，形成“源荷互動(dòng)”局面，發(fā)用兩側(cè)均呈現(xiàn)高度不確定性。因此，面對(duì)新能源“大裝機(jī)、小電量”下的電力供應(yīng)，“高比例電力電子設(shè)備、高比例新能源”雙高系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行要求，迫切需要增加儲(chǔ)能設(shè)施提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，確保實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電力電量實(shí)時(shí)平衡。在新型電力系統(tǒng)中，“儲(chǔ)”的定位將與“源網(wǎng)荷”并重，構(gòu)成源網(wǎng)荷儲(chǔ)、多能互補(bǔ)的協(xié)同需求。
儲(chǔ)能政策密集出臺(tái)
2021年，作為“十四五”開局之年，也是“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)踐的第一年，國(guó)家對(duì)未來中長(zhǎng)期發(fā)展進(jìn)行了頂層規(guī)劃。2021年3月發(fā)布《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃 和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》，提出加強(qiáng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)銜接，提升清潔能源消納和存儲(chǔ)能力，加快抽水蓄能電站建設(shè)和新型儲(chǔ)能技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用。
2021年9月中共中央、國(guó)務(wù)院《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》作為碳達(dá)峰碳中和“1+N”政策體系的綱目，也明確要求加快推進(jìn)抽水蓄能和新型儲(chǔ)能規(guī)?；瘧?yīng)用，加快形成以儲(chǔ)能和調(diào)峰能力為基礎(chǔ)支撐的新增電力裝機(jī)發(fā)展機(jī)制。2021年10月，國(guó)務(wù)院印發(fā)《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》，要求積極發(fā)展“新能源+儲(chǔ)能”、源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化和多能互補(bǔ)，支持分布式新能源合理配置儲(chǔ)能系統(tǒng)。到2025年，新型儲(chǔ)能裝機(jī)容量達(dá)到3000萬千瓦以上。到2030年，抽水蓄能電站裝機(jī)容量達(dá)到1.2億千瓦左右，省級(jí)電網(wǎng)基本具備5%以上的尖峰負(fù)荷響應(yīng)能力。
2022年1月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局印發(fā)《關(guān)于完善能源綠色低碳轉(zhuǎn)型體制機(jī)制和政策措施的意見》，再次提出積極推動(dòng)流域控制性調(diào)節(jié)水庫建設(shè)和常規(guī)水電站擴(kuò)機(jī)增容，加快建設(shè)抽水蓄能電站，探索中小型抽水蓄能技術(shù)應(yīng)用，推行梯級(jí)水電儲(chǔ)能;鼓勵(lì)新能源發(fā)電基地提升自主調(diào)節(jié)能力，探索一體化參與電力系統(tǒng)運(yùn)行，完善抽水蓄能、新型儲(chǔ)能參與電力市場(chǎng)的機(jī)制，更好發(fā)揮相關(guān)設(shè)施的調(diào)節(jié)作用。
在相關(guān)政策支持層面，早在2018年國(guó)家發(fā)展改革委就委托開展黃河上游(龍羊峽-青銅峽河段)，雅礱江中下游(兩河口-江口河段)水電規(guī)劃調(diào)整工作，提出擴(kuò)機(jī)、增建抽水泵或可逆機(jī)組的水電規(guī)劃調(diào)整方案。2020年5月，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)《新時(shí)代推進(jìn)西部大開發(fā)形成新格局》，提出加強(qiáng)可再生能源開發(fā)利用，開展黃河梯級(jí)電站大型儲(chǔ)能項(xiàng)目研究，首次將梯級(jí)水電儲(chǔ)能列入國(guó)家和區(qū)域重點(diǎn)研發(fā)方向。
在抽水蓄能方面，在全國(guó)乃至全球儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模中占比超90%。2014年國(guó)家發(fā)展改革委《關(guān)于完善抽水蓄能電站價(jià)格形成機(jī)制有關(guān)問題的通知》明確了兩部制電價(jià)定價(jià)機(jī)制和投資主體多元化。2021年5月，國(guó)家發(fā)展改革委再次發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步完善抽水蓄能價(jià)格形成機(jī)制的意見》，明確以競(jìng)爭(zhēng)方式形成電量電價(jià)，完善容量電價(jià)核定機(jī)制，容量電費(fèi)納入輸配電價(jià)回收，政策上指導(dǎo)了抽水蓄能電站成本疏導(dǎo)問題。同年8月，國(guó)家能源局印發(fā)《抽水蓄 能中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃(2021-2035 年)》，提出加快建設(shè)抽水蓄能電站的意見，2025年投產(chǎn)規(guī)模在6200萬千瓦以上，2030年達(dá)到1.2億千瓦，2035年形成滿足新能源高比例大規(guī)模發(fā)展需求的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
在新型儲(chǔ)能方面，2021年7月國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局在《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》中明確，到2025年，實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展轉(zhuǎn)變，裝機(jī)規(guī)模達(dá)3000萬千瓦以上。到2030年，實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能全面市場(chǎng)化發(fā)展，健全新型儲(chǔ)能價(jià)格機(jī)制和“新能源+儲(chǔ)能”項(xiàng)目激勵(lì)機(jī)制。2022年2月印發(fā)的《“十四五”新型 儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》，要求2025年電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)成本降低30%以上，推動(dòng)多元化技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用，加大“新能源+儲(chǔ)能”支持力度，2030 年市場(chǎng)機(jī)制、商業(yè)模式、標(biāo)準(zhǔn)體系成熟健全。
在具體項(xiàng)目實(shí)施層面，為充分體現(xiàn)儲(chǔ)能對(duì)新能源的支撐作用，2021年7月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局印發(fā)《關(guān)于鼓勵(lì)可再生能源發(fā)電企業(yè)自建或購買調(diào)峰能力增加并網(wǎng)規(guī)模的通知》鼓勵(lì)發(fā)電企業(yè)通過自建或購買調(diào)峰儲(chǔ)能能力的方式，增加可再生能源發(fā)電裝機(jī)并網(wǎng)規(guī)模。要求超過電網(wǎng)企業(yè)保障性并網(wǎng)以外的規(guī)模初期按照功率15%的掛鉤比例(時(shí)長(zhǎng)4小時(shí)以上)配建調(diào)峰能力，按照20%以上掛鉤比例進(jìn)行配建的優(yōu)先并網(wǎng)。電力系統(tǒng)調(diào)峰和儲(chǔ)能具體包括抽水蓄能、化學(xué)儲(chǔ)能電站、氣電、光熱電站或具備靈活性調(diào)節(jié)的火電。
截至2020年底，我國(guó)電力儲(chǔ)能容量的總規(guī)模3500萬千瓦左右，未來可期的2030年，儲(chǔ)能規(guī)模有望超過2.2億千瓦，實(shí)現(xiàn)5倍以上增長(zhǎng)。在雙碳目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)下，儲(chǔ)能行業(yè)在肩負(fù)歷史使命的同時(shí)，迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。
儲(chǔ)能的形式及規(guī)模需求
電力系統(tǒng)儲(chǔ)能主要包括電物理儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能等。電物理儲(chǔ)能的代表性技術(shù)有抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能;電化學(xué)儲(chǔ)能的代表性技術(shù)有鋰離子電池、鉛蓄電池、液流電池;電磁儲(chǔ)能有超級(jí)電容儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能等。
根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景不同，儲(chǔ)能設(shè)施還劃分為電源側(cè)儲(chǔ)能、電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能、負(fù)荷側(cè)儲(chǔ)能;根據(jù)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)，劃分為短、中、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能。更有從技術(shù)成熟度、市場(chǎng)占有率等角度，劃分為抽水蓄能和新型儲(chǔ)能。
抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能，對(duì)地形地質(zhì)條件的要求較高。抽水蓄能技術(shù)更為成熟，適合建設(shè)大型儲(chǔ)能電站。壓縮空氣儲(chǔ)能尚處于示范應(yīng)用階段，規(guī)模很小。小微型飛輪儲(chǔ)能早期主要用作重要設(shè)施的不間斷電源，2019年兆瓦級(jí)飛輪儲(chǔ)能商業(yè)應(yīng)用取得突破后，在調(diào)頻領(lǐng)域也受到關(guān)注。
電化學(xué)儲(chǔ)能，近年來成本下降快，關(guān)鍵技術(shù)密集突破。鋰離子電池的能量密度大、功率性能高、響應(yīng)速度快，應(yīng)用最廣泛，在電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)容量中占比近90%。鉛蓄電池技術(shù)成熟、成本低廉，在早期項(xiàng)目應(yīng)用較多，近年來受環(huán)保等因素影響，市場(chǎng)份額快速下降。液流電池具有儲(chǔ)能時(shí)間長(zhǎng)、容量大、循環(huán)周期長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，已接入示范應(yīng)用階段。超級(jí)電容可應(yīng)用在軌道交通等非電領(lǐng)域，超導(dǎo)儲(chǔ)能更多被用作系統(tǒng)裝置部件或元器件。目前隨著技術(shù)創(chuàng)新步伐加速，氫儲(chǔ)能、重力勢(shì)能儲(chǔ)能等技術(shù)研發(fā)也不斷取得新的突破，基本具備示范應(yīng)用條件。
儲(chǔ)能市場(chǎng)的總體規(guī)模上，2020年底，全球儲(chǔ)能已投運(yùn)項(xiàng)目裝機(jī)容量超1.9億千瓦，其中抽水蓄能1.725億千瓦，占比90%，其次，是電化學(xué)儲(chǔ)能1420萬千瓦，占比 7.5%。截至2020年底，我國(guó)儲(chǔ)能總裝機(jī)規(guī)模約3500萬千瓦，其中，抽水蓄能3149萬千瓦，電化學(xué)儲(chǔ)能328萬千瓦。
在共同應(yīng)對(duì)氣候變化、大力發(fā)展可再生能源、實(shí)現(xiàn)全球能源轉(zhuǎn)型的時(shí)代背景下，全球儲(chǔ)能行業(yè)迅猛發(fā)展。根據(jù)國(guó)際可 再生能源署(IRENA)《電力儲(chǔ)存與可再生能源：2030年的成本與市場(chǎng)》，到2030年，抽水蓄能裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到2.3億千瓦;國(guó)際能源署(IEA)《2050凈零排放：全球能源路線圖》預(yù)計(jì)到2030年，只考慮抽水蓄能和電化學(xué)儲(chǔ)能增長(zhǎng)的情景下，儲(chǔ)能總裝機(jī)容量將達(dá)8.2億千瓦。根據(jù)我國(guó)對(duì)儲(chǔ)能行業(yè)的規(guī)劃和預(yù)期，2030年，國(guó)家電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)抽水蓄能電站裝機(jī)將從目前的2630萬千瓦提高至1億千瓦，電化學(xué)儲(chǔ)能由300萬千瓦擴(kuò)大至1億千瓦。
國(guó)際和國(guó)內(nèi)業(yè)界對(duì)儲(chǔ)能規(guī)模預(yù)測(cè)總體都持樂觀態(tài)度。這與當(dāng)前新能源開發(fā)勢(shì)頭和系統(tǒng)調(diào)節(jié)電源匱乏密切相關(guān)。從我國(guó)新能源發(fā)展規(guī)劃來看，2030年我國(guó)風(fēng)電、光伏等間歇性可再生能源裝機(jī)容量在12億千瓦以上。根據(jù)相關(guān)預(yù)測(cè)，2060年，電力總裝機(jī)容量達(dá)80億千瓦，風(fēng)電光伏裝機(jī)規(guī)模將達(dá)50億千瓦，裝機(jī)占比超過60%，新能源發(fā)電量超9萬億 千瓦時(shí)，電量占比超過50%，成為電量供給的主體。
基于此規(guī)模，即使僅考慮15%至20%的調(diào)節(jié)電源配比，對(duì)調(diào)節(jié)能力的要求也在7.5億～10億千瓦。截至2021年底，我國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量23.8億千瓦，電力系統(tǒng)儲(chǔ)能規(guī)模約4000萬千瓦級(jí)，因此預(yù)計(jì)2030年，我國(guó)儲(chǔ)能規(guī)模將超出目前的規(guī)劃指標(biāo)，亟需促進(jìn)儲(chǔ)能行業(yè)跨越式發(fā)展。
“水儲(chǔ)能”與服務(wù)功能
“水儲(chǔ)能”的定義
所謂“水儲(chǔ)能”是基于電力系統(tǒng)需求或配合新能源發(fā)電需要，以水體為介質(zhì)，通過水庫與機(jī)組進(jìn)行蓄放水調(diào)節(jié)，發(fā)揮調(diào)峰填谷、跟蹤負(fù)荷和電量時(shí)移等作用。抽水蓄能電站利用上下水庫進(jìn)行抽水蓄能，是最典型的“水儲(chǔ)能”方式。原本常規(guī)水電站幾乎都是按照獨(dú)立電源設(shè)計(jì)的，機(jī)組利用小時(shí)數(shù)較大。為增加調(diào)節(jié)能力，可以在水庫庫容不變的情況下，通過擴(kuò)機(jī)增容，或者在上下梯級(jí)間增設(shè)可逆式機(jī)組或泵站，增大電站調(diào)節(jié)能力。
儲(chǔ)能設(shè)施根據(jù)其功能性能，服務(wù)于不同場(chǎng)景。一是配置在電網(wǎng)側(cè)，實(shí)現(xiàn)調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)壓、黑啟動(dòng)、延緩系統(tǒng)擴(kuò)容等功能;二是配置在新能源并網(wǎng)前的電源側(cè)，平滑新能源出力、實(shí)現(xiàn)電量時(shí)移;三是配置于用戶側(cè)，滿足其高峰負(fù)荷用電需求，峰谷套利并降低用電成本。當(dāng)前儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景的盈利模式主要通過價(jià)差套利和為電網(wǎng)提供輔助服務(wù)，但商業(yè)模式尚不成熟。
值得關(guān)注的是，隨著新型電力系統(tǒng)新能源滲透率不斷提高，風(fēng)電、光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性將從電源側(cè)傳導(dǎo)至源網(wǎng)荷儲(chǔ)各環(huán)節(jié)。這種不穩(wěn)定性不僅是波動(dòng)性的——光伏發(fā)電形成的“鴨形曲線”，而且是間歇性的，長(zhǎng)時(shí)連續(xù)無風(fēng)、陰雨天氣下系統(tǒng)有效容量完全缺失。因此長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能(4h以上)將成為電力儲(chǔ)能的剛需。
關(guān)于長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，通常指連續(xù)運(yùn)行(放電)在4小時(shí)以上，循環(huán)使用，壽命期不低于20年。2021年，在格拉斯哥聯(lián)合國(guó)氣候變化峰會(huì)上，英國(guó)石油公司、西門子能源公司等25家能源科技公司聯(lián)合成立了長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能理事會(huì)，鼓勵(lì)大規(guī)模部署長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)。2022年，英國(guó)商業(yè)、能源和工業(yè)戰(zhàn)略部(BEIS)撥款開發(fā)創(chuàng)新性儲(chǔ)能技術(shù)，涉及儲(chǔ)熱、儲(chǔ)電、儲(chǔ)氫等領(lǐng)域，瞄準(zhǔn)重力儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、常規(guī)及海水抽水蓄能等高容量、高性能、低成本、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能項(xiàng)目方向。
放眼全球，目前最具實(shí)踐價(jià)值的儲(chǔ)能調(diào)節(jié)技術(shù)是抽水蓄能電站和具有調(diào)節(jié)性能的常規(guī)水電站。它們將在新型電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)的各環(huán)節(jié)起到不可替代的作用。
抽水蓄能功能與經(jīng)濟(jì)性
抽水蓄能技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最優(yōu)、能量規(guī)模最大的儲(chǔ)能品種，是“水儲(chǔ)能”最典型形式。在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵路徑上，抽水蓄能憑借其調(diào)峰、填谷、儲(chǔ)能、調(diào)頻、調(diào)相、事故 備用、黑啟動(dòng)等功能，具有增強(qiáng)電力系統(tǒng)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件能力的安全保障作用、跟蹤系統(tǒng)需求快速反應(yīng)的靈活調(diào)節(jié)作用和全生命周期高效循環(huán)利用、減排降碳、規(guī)模效益顯著的綠色儲(chǔ)能作用。與電化學(xué)儲(chǔ)能目前優(yōu)勢(shì)集中在4h以下的短時(shí)儲(chǔ)能，重點(diǎn)發(fā)揮調(diào)頻功效相比，抽水蓄能優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在6以上中長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，具有顯著的電量時(shí)移功效和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
抽水蓄能目前主要服務(wù)于電力系統(tǒng)，通過健全完善電價(jià)機(jī)制，擬將通過容量電價(jià)方式疏導(dǎo)開發(fā)成本。與此同時(shí)，隨著新能源基地大規(guī)模開發(fā)建設(shè)，電源側(cè)配置的抽水蓄能將以服務(wù)于特定用戶的方式獲取資源配套和一體化開發(fā)權(quán)益。在深度推進(jìn)電力市場(chǎng)化改革的趨勢(shì)下，抽水蓄能有望配置在用戶側(cè)，面向城市綜合能源服務(wù)和大用戶的儲(chǔ)能需求。
經(jīng)濟(jì)性上，目前電化學(xué)儲(chǔ)能的初始成本下降很快，2020年底已降至1.5元/瓦時(shí)。但是，鑒于電化學(xué)儲(chǔ)能的使用壽命較短，比如鋰離子電池電芯壽命充放電5000次左右，調(diào)峰場(chǎng)景下使用壽命5～10年、調(diào)頻場(chǎng)景下3～5年?；趪?guó)際通用儲(chǔ)能成本評(píng)價(jià)指標(biāo)——儲(chǔ)能設(shè)施全生命周期儲(chǔ)能平準(zhǔn)化(度電)成本LCOS(Levelized Cost of Storage)進(jìn)行評(píng)價(jià)，目前我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能的平均度電成本仍高于每千瓦時(shí)0.5元(儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)3h)。
抽水蓄能電站建設(shè)多以單位千瓦投資來衡量工程的經(jīng)濟(jì)水平。目前具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性的電站，其單位千瓦投資在5500～6500元。在當(dāng)前電力體制下，由于尚缺乏對(duì)抽水蓄能的調(diào)度機(jī)制，暫按年被調(diào)用小時(shí)數(shù)1000h計(jì)，電站經(jīng)營(yíng)期40年，換算得到平均成本僅0.2元/千瓦時(shí)左右。由于抽水蓄能電站較長(zhǎng)的使用壽命，同時(shí)兼有其他運(yùn)行效益和生態(tài)環(huán)境效益，因此在全生命周期的經(jīng)濟(jì)性和綜合效益方面遠(yuǎn)優(yōu)于電化學(xué)儲(chǔ)能以及其他儲(chǔ)能設(shè)施。
常規(guī)水電儲(chǔ)能功能與經(jīng)濟(jì)性
截至2021年底，全國(guó)已建在建常規(guī)水電站約3.9億千瓦。以流域水電基地為基礎(chǔ)的水風(fēng)光儲(chǔ)一體化清潔能源基地正在規(guī)劃之中，通過發(fā)揮常規(guī)水電的調(diào)蓄儲(chǔ)能潛力和“西電東送”輸電能力，能夠極大帶動(dòng)和促進(jìn)相關(guān)流域風(fēng)能、太陽能和生物質(zhì)能資源的開發(fā)利用，形成流域可再生能源一體化開發(fā)。因此，當(dāng)前情形之下，優(yōu)先研究常規(guī)水電站的“水儲(chǔ)能”功效，充分發(fā)揮我國(guó)現(xiàn)有水電站的作用，挖潛改造、擴(kuò)機(jī)增容，加大調(diào)節(jié)能力，對(duì)促進(jìn)全國(guó)主要流域可再生能源開發(fā)利用具有十分重要的作用。
目前，我國(guó)正在開發(fā)或已建成的十三大流域水電基地，裝機(jī)規(guī)模巨大。流域綜合規(guī)劃、梯級(jí)滾動(dòng)開發(fā)，龍頭水庫和梯級(jí)電站等多種調(diào)節(jié)性能水庫并存，流域梯級(jí)整體調(diào)節(jié)能力不斷提高。在流域梯級(jí)研究水風(fēng)光互補(bǔ)，實(shí)質(zhì)上是依托梯級(jí)水電站的“水儲(chǔ)能”作用，為間歇性、波動(dòng)性的風(fēng)電、光伏發(fā)電進(jìn)行補(bǔ)償服務(wù)。2022年3月，國(guó)家能源局印發(fā)《關(guān)于開展全國(guó)主要流域可再生能源一體化規(guī)劃研究工作有關(guān)事項(xiàng)的通知》，正是基于流域水電出力與風(fēng)電、光伏發(fā)電特點(diǎn)的互補(bǔ)作用，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)流域可再生能源綜合集約高效一體化開發(fā)。
流域梯級(jí)水電開發(fā)的機(jī)組利用小時(shí)數(shù)一般在4000小時(shí)以上，“西電東送”直送或者打捆外送的水電站利用小時(shí)數(shù)更高?？紤]到汛期防洪和其他綜合利用要求，水庫現(xiàn)有庫容無法額外滿足新能源的儲(chǔ)能補(bǔ)償調(diào)節(jié)要求。為此，在大壩不改，庫容不變的情況下，采取擴(kuò)機(jī)增容的辦法，加大發(fā)電放水能力，優(yōu)化水庫調(diào)度方式，便可提升電量時(shí)移的儲(chǔ)能作用。
常規(guī)水電站的擴(kuò)機(jī)增容可以多種多樣。老舊機(jī)組可以通過設(shè)備的更新改造進(jìn)行增容，通過水道和機(jī)組的改造增加過水能力，還可以直接新增發(fā)電機(jī)組。這些擴(kuò)機(jī)增容方式，不需要增加水庫庫容，只改變水庫調(diào)度運(yùn)行方式，而且在水電站工程原有征地紅線范圍內(nèi)施工，基本不新增建設(shè)用地，因此環(huán)境影響較小，工程造價(jià)較低，甚至遠(yuǎn)低于新建抽水蓄能電站。
為充分利用水能資源，對(duì)于上下游水位銜接的梯級(jí)水電站，在水庫庫容足夠的情況下，可以考慮安裝可逆式機(jī)組或儲(chǔ)能泵站，成為一種獨(dú)特的梯級(jí)水電儲(chǔ)能方式。早在2018年，規(guī)劃研究機(jī)構(gòu)就提出了黃河流域上游建設(shè)儲(chǔ)能工廠的設(shè)想， 期望依托西北地區(qū)黃河流域富余光伏電量和梯級(jí)電站相鄰水庫庫容，通過減少光伏棄電、余電利用，從下游梯級(jí)水庫向上游梯級(jí)水庫抽水，在用電高峰時(shí)段進(jìn)行水力發(fā)電，實(shí)現(xiàn)電量時(shí)移，將光伏富余低價(jià)電轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量高價(jià)水電。
自2020年梯級(jí)水電儲(chǔ)能的概念列入西部大開發(fā)形成新格局的中央文件以來，已開展設(shè)備試驗(yàn)和工程可行性研究，計(jì)劃 “十四五”期間開工建設(shè)，并將作為應(yīng)用推廣的試點(diǎn)項(xiàng)目。若采用水泵水輪機(jī)可逆式機(jī)組，將具有容量效益，產(chǎn)生雙倍調(diào)峰效應(yīng)，而儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)與水庫庫容、水泵水輪機(jī)組抽水發(fā)電水頭流量等因素有關(guān)，具備長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的條件。
目前開展的龍羊峽-拉西瓦梯級(jí)100萬千瓦試點(diǎn)工程，可實(shí)現(xiàn)日內(nèi)6～8h儲(chǔ)能，單位千瓦投資約4500元。為滿足8%內(nèi)部收益率要求，考慮不同的建設(shè)成本，抽水發(fā)電價(jià)差在0.2723～0.3491元/千瓦時(shí)。該套利價(jià)差亦優(yōu)于目前電化學(xué)儲(chǔ)能的度電成本。梯級(jí)水電儲(chǔ)能的使用壽命與水電站相同，至少在50年以上。因此，梯級(jí)水電儲(chǔ)能項(xiàng)目也將得益于項(xiàng)目全生命周期的成本優(yōu)勢(shì)，具有服務(wù)功能和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。
抽水蓄能、常規(guī)水電擴(kuò)機(jī)、梯級(jí)水電儲(chǔ)能等“水儲(chǔ)能”形式，在功能定位上具有長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能和綜合調(diào)節(jié)優(yōu)勢(shì)，在經(jīng)濟(jì)性上依托土建機(jī)電工程具有全生命周期的成本優(yōu)勢(shì)。研究表明，2030年以前，電化學(xué)儲(chǔ)能成本尚無法下降至拐點(diǎn)，抽水蓄能具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。2030年之后，電化學(xué)儲(chǔ)能成本下降30%以上，抽水蓄能仍將在長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的細(xì)分市場(chǎng)上具有差異化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。水電擴(kuò)機(jī)增容、增設(shè)可逆式機(jī)組或儲(chǔ)能泵站，是對(duì)我國(guó)既有水電的充分利用、二次開發(fā)，且無需新建水庫、大壩，環(huán)境影響相對(duì)較小，因此，“水儲(chǔ)能”設(shè)施應(yīng)該給予優(yōu)先開發(fā)地位。
關(guān)于“水儲(chǔ)能”開發(fā)建設(shè)的思考
針對(duì)抽水蓄能開發(fā)建設(shè)：
一是抽水蓄能規(guī)劃的全局性。抽水蓄能電站選址雖需要具備一定的地形地質(zhì)條件和水源條件，但總體而言，我國(guó)地大物博，抽水蓄能站址資源豐富。不同于電化學(xué)儲(chǔ)能，抽水蓄能是依托于地形地質(zhì)要素和電網(wǎng)布局要素的大中型水電工程，一次性投資大、工期較長(zhǎng)，必須進(jìn)行全國(guó)、區(qū)域和省域的總體規(guī)劃，根據(jù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)發(fā)展和電力供需形勢(shì)，基于新型電力系統(tǒng)需求和清潔能源基地布局進(jìn)行開發(fā)規(guī)劃，并做好與國(guó)土空間規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃等的協(xié)調(diào)。
二是抽水蓄能開發(fā)的戰(zhàn)略性。抽水蓄能電站規(guī)模體量大，涉及總投資動(dòng)輒數(shù)十億元、上百億元。早期抽水蓄能電站由電網(wǎng)企業(yè)自建自用，內(nèi)部核算，曾經(jīng)面臨成本回收困難、發(fā)展動(dòng)力不足的問題。加快抽水蓄能電站開發(fā)，需要完善市場(chǎng)化體制機(jī)制，第一，明確蓄能電站的功能定位和使用規(guī)則。第二，明晰投資回報(bào) 路徑和兌現(xiàn)方式。第三，鼓勵(lì)投資主體多元化，公平競(jìng)爭(zhēng)。當(dāng)新能源+調(diào)節(jié)電源的大基地開發(fā)模式確立后，各類投資開發(fā)主體大量涌入抽水蓄能市場(chǎng)，為抽水蓄能發(fā)展按下快進(jìn)鍵的同時(shí)，“新能源+抽水蓄能+X”開發(fā)模式的調(diào)度運(yùn)營(yíng)、盈利方式尚有待市場(chǎng)的進(jìn)一步檢驗(yàn)，需要跳出行業(yè)看發(fā)展，長(zhǎng)遠(yuǎn)謀劃。
三是抽水蓄能建設(shè)的先進(jìn)性。抽水蓄能電站建設(shè)周期長(zhǎng)，涉及水 電建設(shè)的各專業(yè)協(xié)調(diào)和全過程控制。在當(dāng)前“應(yīng)開盡開”的思想主導(dǎo)下，有可能導(dǎo)致行業(yè)野蠻生長(zhǎng)，惡性競(jìng)爭(zhēng)，形成新的“三邊”工程，因此在基本建設(shè)程序和工程質(zhì)量安全上仍需嚴(yán)格把關(guān)。第一，要分階段開展設(shè)計(jì)工作，滿足勘察設(shè)計(jì)深度要求。第二，要協(xié)調(diào)好新能源開發(fā)、接入系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)度，力求同期建設(shè)、同步投入運(yùn)行，避免投資積壓。第三，針對(duì)關(guān)鍵技術(shù)和特殊難題，要開展專項(xiàng)研究論證，經(jīng)多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)環(huán)境比較提出可行的解決方案。要避免落入重復(fù)建設(shè)和無效投資的陷阱，全方位做好項(xiàng)目策劃，確保高質(zhì)量推進(jìn)開發(fā)建設(shè)。
針對(duì)水電擴(kuò)機(jī)和梯級(jí)儲(chǔ)能：
一是常規(guī)水電站的目標(biāo)定位和任務(wù)調(diào)整。要根據(jù)流域可再生能源一體化規(guī)劃建設(shè)的需要，對(duì)水電站進(jìn)行常規(guī)發(fā)電任務(wù)和水風(fēng)光互補(bǔ)任務(wù)劃分，并進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)劃分類和功能調(diào)整。
二是充分研究水電站擴(kuò)機(jī)增容、梯級(jí)儲(chǔ)能的建設(shè)條件。要因地制宜確定擴(kuò)機(jī)增容的方案。要針對(duì)水庫現(xiàn)有的庫容和運(yùn)行方式，通過調(diào)節(jié)計(jì)算，考慮上下游梯級(jí)銜接，確定擴(kuò)機(jī)容量以及互補(bǔ)儲(chǔ)能調(diào)節(jié)運(yùn)用方式，研究能夠互補(bǔ)的新能源規(guī)模。
三是研究加快水電站擴(kuò)機(jī)增容、梯級(jí)儲(chǔ)能的建設(shè)程序。對(duì)于納入可再生能源一體化建設(shè)規(guī)劃的水電站擴(kuò)機(jī)和梯級(jí)儲(chǔ)能，應(yīng)在審批程序，特別是水保環(huán)保審批上，考慮擴(kuò)機(jī)增容的特點(diǎn)，在不改變流域環(huán)評(píng)的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)化審批核準(zhǔn)流程。
四是建立健全水電擴(kuò)機(jī)增容、梯級(jí)儲(chǔ)能的市場(chǎng)機(jī)制，提高盈利能力。對(duì)于專門用于水風(fēng)光互補(bǔ)的項(xiàng)目，要研究通過容量電價(jià)、分時(shí)電價(jià)等，或者直接通過新能源投資主體購買“水儲(chǔ)能”服務(wù)的方式，取得收益。
以水為介質(zhì)的重力儲(chǔ)能定義為“水儲(chǔ)能”，現(xiàn)階段包括抽水蓄能和常規(guī)水電儲(chǔ)能。常規(guī)水電站進(jìn)行機(jī)組擴(kuò)機(jī)增容、加設(shè)水泵或水泵水輪機(jī)組等梯級(jí)儲(chǔ)能，均能有效增強(qiáng)水電站的調(diào)節(jié)能力。
相較于電化學(xué)儲(chǔ)能，抽水蓄能和常規(guī)水電儲(chǔ)能是目前工程技術(shù)最成熟，運(yùn)行調(diào)控更靈活，安全可靠，更具規(guī)模化和長(zhǎng)壽命，全生命周期經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)的電力儲(chǔ)能方式。抽水蓄能和常規(guī)水電儲(chǔ)能將有助于促進(jìn)可再生能源的開發(fā)和消納，助力新型電力系統(tǒng)構(gòu)建。
在電力儲(chǔ)能設(shè)施加快發(fā)展的激勵(lì)政策驅(qū)動(dòng)下，“水儲(chǔ)能”和新型儲(chǔ)能的規(guī)劃建設(shè)均要堅(jiān)持全局性、系統(tǒng)性、可靠性和協(xié)調(diào)性原則，深入開展研究論證，確保安全高效推動(dòng)“水儲(chǔ)能”和新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)協(xié)同協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)效益和社會(huì)效益的最優(yōu)化。
來源：能源雜志
周建平 作者供職于中國(guó)電力建設(shè)集團(tuán)有限公司
李世東 作者供職于中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)
高 潔 作者供職于水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院
評(píng)論