抽水蓄能電站基本情況
目前中國在運(yùn)的抽水蓄能電站有30座，國家電網(wǎng)范圍內(nèi)有25座，裝機(jī)容量是2091萬千瓦。這25座中有21座是國家電網(wǎng)公司控股，還有4座由地方企業(yè)控股。抽水蓄能電站在華北、華東和南方區(qū)域分布較多。在建抽水蓄能30座，裝機(jī)容量4305千瓦，從分布情況來看，也主要是在華北、華東和南方電網(wǎng)。
總體來看，抽水蓄能為平抑系統(tǒng)峰谷波動(dòng)、保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、促進(jìn)新能源消納發(fā)揮了重要作用。比如說，當(dāng)電網(wǎng)線路出現(xiàn)故障，抽水蓄能可以立刻啟動(dòng)運(yùn)行，穩(wěn)住電網(wǎng)頻率。促進(jìn)新能源消納方面，根據(jù)測(cè)算，2018年在國家電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)域內(nèi)，通過充分利用抽蓄電站，多消納了新能源電量300多億千瓦時(shí)。
國際上，總體來看，目前已經(jīng)投運(yùn)的歐美抽蓄電站80%以上是在上世紀(jì)60到90年代之間投產(chǎn)的，主要功能是配合核電運(yùn)行。本世紀(jì)以來，歐洲抽水蓄能的發(fā)展也略有增長，這主要是應(yīng)對(duì)上世紀(jì)90年代和21世紀(jì)初能源需求的增加，以及應(yīng)對(duì)風(fēng)電、光伏等波動(dòng)性電源的發(fā)展。中國的抽水蓄能主要是在90年之后建設(shè)的。
2014年底的時(shí)候，日本是裝機(jī)容量最多的國家，達(dá)到2450萬千瓦，比重也最高，裝機(jī)占全部裝機(jī)容量的8.5%以上。2014年之后，中國抽水蓄能容量達(dá)到全球第一。雖然中國在21世紀(jì)以來抽水蓄能發(fā)展速度非常快，但在占比上與其他發(fā)達(dá)國家比還是差距較大。
和其他類型電源相比，抽水蓄能呈現(xiàn)了人無我有、人有我優(yōu)和人優(yōu)我專的特點(diǎn)。和水電、燃煤電站、燃?xì)怆娬鞠啾龋樗钅茈娬究梢蕴峁└尤娴妮o助服務(wù)。相同的輔助服務(wù)，抽水蓄能的調(diào)節(jié)速率更快，調(diào)節(jié)的范圍更寬，抽水蓄能可以在一兩分鐘之內(nèi)從靜止?fàn)顟B(tài)達(dá)到滿發(fā)狀態(tài)。另外人優(yōu)我專，抽水蓄能是專門提供輔助服務(wù)的，其他電站主要的功能還是發(fā)電，如果承擔(dān)發(fā)電任務(wù)的話，輔助服務(wù)的功能很難得到保障。舉個(gè)例子，煤電如果滿負(fù)荷運(yùn)行，就無法提供備用，因?yàn)樗哪芰σ呀?jīng)全部被占用了。
在價(jià)格機(jī)制方面，目前中國新投產(chǎn)的蓄能電站，首先要向省級(jí)物價(jià)主管部門申報(bào)電價(jià)方案。省級(jí)物價(jià)部門按照準(zhǔn)許成本加合理收益，提出電站的價(jià)格水平建議，然后將建議申報(bào)到國家發(fā)改委。如果得到批準(zhǔn)，這個(gè)省在銷售電價(jià)調(diào)整時(shí)，會(huì)把抽水蓄能的電價(jià)納入銷售電價(jià)調(diào)整一起考慮，最終疏導(dǎo)給電力用戶。在國網(wǎng)區(qū)域，容量電費(fèi)一般由省級(jí)電網(wǎng)公司把錢付給主營抽水蓄能電站的新源公司。省級(jí)電網(wǎng)公司也需要消化掉這個(gè)成本，就把這個(gè)成本加到每一度電上。
但這種價(jià)格機(jī)制目前遇到一個(gè)問題。2016年以后，根據(jù)輸配電價(jià)核定的相關(guān)規(guī)定，抽水蓄能的電站資產(chǎn)不能納入可計(jì)提收益的固定資產(chǎn)范圍，但對(duì)于不計(jì)入之后怎么辦卻并沒有說明。所以未來新投產(chǎn)的抽水蓄能電站可能無法正常結(jié)算。
那能不能通過輔助服務(wù)市場(chǎng)來疏導(dǎo)抽水蓄能的費(fèi)用?目前國家已經(jīng)頒布了輔助服務(wù)管理辦法，抽水電站是被動(dòng)接受補(bǔ)償，而且補(bǔ)償金又比較低，每年不超過一千萬元，和每年需要幾個(gè)億比應(yīng)該說是杯水車薪。輔助服務(wù)市場(chǎng)改革提出了“誰受益誰承擔(dān)”這樣的分擔(dān)共享機(jī)制，但是這個(gè)機(jī)制沒有非常明確的細(xì)則支撐。抽水蓄能所提供的輔助服務(wù)，效益難以準(zhǔn)確計(jì)算，收益對(duì)象眾多，很難準(zhǔn)確判斷具體有哪些主體受益。
國外抽水蓄能電價(jià)機(jī)制
抽水蓄能電站全球總裝機(jī)規(guī)模大概是1.5億千瓦，其中85%采用電網(wǎng)統(tǒng)一經(jīng)營方式或者租賃制解決收益回報(bào)問題。主要包括法國、日本以及美國的一些州，在這種情況下，抽水蓄能電站作為電網(wǎng)一個(gè)組成部分，類似其他輸變電資產(chǎn)，沒有單獨(dú)的電價(jià)，或者是由第三方投資的，由電網(wǎng)來租賃，相關(guān)費(fèi)用納入電網(wǎng)統(tǒng)一核算，再通過銷售電價(jià)一并疏導(dǎo)。
在法國，抽水蓄能電站由法國電力公司統(tǒng)一建設(shè)、管理、考核和使用。法國電力工業(yè)垂直一體化，抽水蓄能沒有單獨(dú)的電價(jià)，只是作為電網(wǎng)的一個(gè)工具，完全按照電網(wǎng)的調(diào)度抽水和發(fā)電運(yùn)行，同時(shí)電力公司也負(fù)責(zé)電站的運(yùn)營成本。日本有兩種情況，有的是由電網(wǎng)公司建設(shè)的，也有一些是租賃制，由電源開發(fā)公司建設(shè)，租給當(dāng)?shù)氐碾娏荆赓U費(fèi)作為電力公司成本的一部分，在銷售電價(jià)中疏導(dǎo)。
其余15%的情況是參與市場(chǎng)競(jìng)爭，典型代表是英國和美國一些地區(qū)，但它們通過市場(chǎng)競(jìng)爭來參與電能量和輔助服務(wù)市場(chǎng)獲得的收入僅占到所需費(fèi)用的20%到30%，其他絕大部分還是通過補(bǔ)償?shù)姆绞将@取。
全球來看，抽水蓄能電站較少通過參與電力市場(chǎng)競(jìng)爭來解決收益回報(bào)問題，原因主要有三個(gè)方面。
第一是收益難以確定。抽水蓄能電站提供的緊急事故備用、黑啟動(dòng)等輔助服務(wù)對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行作用巨大，但效益難以定量確定，因此也難以確定補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。第二是市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。參與電力市場(chǎng)競(jìng)爭，將面臨電價(jià)波動(dòng)帶來的風(fēng)險(xiǎn)，而投資者一般傾向于投資風(fēng)險(xiǎn)較小的項(xiàng)目，對(duì)抽蓄的投資積極性低。第三是歷史慣性，上世紀(jì)建設(shè)的抽水蓄能電站的業(yè)主絕大多數(shù)是垂直壟斷的電力公司，因此仍沿用將抽水蓄能成本納入銷售電價(jià)的既有收益回報(bào)機(jī)制。
哪些輔助服務(wù)適合參與市場(chǎng)競(jìng)爭?
形成市場(chǎng)競(jìng)爭的必要條件，我們認(rèn)為至少要包括以下三個(gè)，第一是市場(chǎng)有眾多的生產(chǎn)者和消費(fèi)者，任何一個(gè)生產(chǎn)者和消費(fèi)者都不能夠單獨(dú)影響市場(chǎng)價(jià)格，否則容易形成壟斷。第二是產(chǎn)品具有同質(zhì)性，大家提供的產(chǎn)品非常類似或者是相同的，這樣任何一個(gè)企業(yè)都沒有辦法通過產(chǎn)品特異之處來影響價(jià)格，從而形成壟斷。第三，是信息完全性，市場(chǎng)上每個(gè)買方和賣方都掌握得與自己經(jīng)濟(jì)決策有關(guān)的一切相關(guān)信息。
假設(shè)在未來市場(chǎng)環(huán)境下，可以通過調(diào)度機(jī)構(gòu)發(fā)布數(shù)據(jù)等方式了解整個(gè)電網(wǎng)的負(fù)荷變化情況、市場(chǎng)的供求，還有事后的電價(jià)，以保證信息的完全性，那么輔助服務(wù)是否參與市場(chǎng)主要由前兩個(gè)因素來決定，也就是說是否有足夠的市場(chǎng)參與者，與產(chǎn)品是否同質(zhì)。
具體到每一個(gè)輔助服務(wù)品種，一次調(diào)頻是發(fā)電機(jī)組固有的能力，是所有發(fā)電機(jī)組義務(wù)提供的，屬于基本輔助服務(wù)，不適合通過輔助服務(wù)市場(chǎng)獲取。
自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)在電力市場(chǎng)中提供的主體多，各類主體提供的服務(wù)同質(zhì)性較高且能夠準(zhǔn)確計(jì)量，服務(wù)需求明確，適合參與輔助服務(wù)市場(chǎng)。根據(jù)國外電力市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)AGC多通過日前現(xiàn)貨市場(chǎng)的競(jìng)爭性投標(biāo)進(jìn)行組織。
在成熟的電力市場(chǎng)中，調(diào)峰并不屬于輔助服務(wù)。但在過渡階段的電力市場(chǎng)中，市場(chǎng)全部參與主體的計(jì)劃電量尚不具備完全參與自由市場(chǎng)競(jìng)爭的條件，深度調(diào)峰服務(wù)可以計(jì)量，所涉及的補(bǔ)償費(fèi)用根據(jù)分?jǐn)倷C(jī)制由未提供調(diào)峰服務(wù)的發(fā)電主體分?jǐn)偂?/p>
常規(guī)備用的市場(chǎng)提供者多且市場(chǎng)需求明確，各類主體提供的服務(wù)同質(zhì)性較高，服務(wù)供應(yīng)可以計(jì)量，應(yīng)納入輔助服務(wù)市場(chǎng)，適合以現(xiàn)貨市場(chǎng)的形式組織。
緊急事故備用屬于旋轉(zhuǎn)備用的一種，發(fā)生緊急事故時(shí)維持發(fā)電與負(fù)荷的平衡，需要快速的相應(yīng)速度，市場(chǎng)提供主體少，市場(chǎng)競(jìng)爭不足，適宜采用中長期招投標(biāo)形式或簽訂專門的雙邊合同。
黑啟動(dòng)潛在參與者較少，要求提供黑啟動(dòng)服務(wù)的機(jī)組具備快速響應(yīng)的特點(diǎn)，僅抽蓄、單循環(huán)燃?xì)鈾C(jī)組、備用容量充裕的水電站滿足條件。不適合參與短期現(xiàn)貨市場(chǎng)競(jìng)爭。
綜上，考慮各類輔助服務(wù)在電網(wǎng)傳輸?shù)谋憷浴⑤o助服務(wù)供應(yīng)商的多寡、輔助服務(wù)可準(zhǔn)確計(jì)量的程度，輔助服務(wù)真正被調(diào)用的概率等因素，一次調(diào)頻、無功、黑啟動(dòng)、緊急事故備用等服務(wù)不適合參與現(xiàn)貨市場(chǎng)競(jìng)爭，一般通過長期的投標(biāo)拍賣形式或?qū)ｉT的雙邊合同獲取，AGC和常規(guī)備用適合參與現(xiàn)貨市場(chǎng)競(jìng)爭。
抽水蓄能參與電力市場(chǎng)收益測(cè)算
參照國外經(jīng)驗(yàn)，在市場(chǎng)成熟期，抽水蓄能電站可參與電能量市場(chǎng)，通過“低買高賣”獲得收益，可參與AGC、常規(guī)備用的市場(chǎng)競(jìng)爭，提供響應(yīng)服務(wù)，獲得市場(chǎng)效益。另外，可將黑啟動(dòng)、緊急事故備用等服務(wù)賣給系統(tǒng)安全管理機(jī)構(gòu)，通過基于成本的費(fèi)率方式獲得費(fèi)用補(bǔ)償。
我們以遼寧省的蒲石河抽水蓄能電站為例，測(cè)算抽蓄電站通過電能量市場(chǎng)及各類輔助服務(wù)市場(chǎng)所能獲得的收益。
國內(nèi)外電力市場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明市場(chǎng)峰谷現(xiàn)貨電價(jià)比僅為1.5～2倍左右。以澳大利亞電力市場(chǎng)為例，其負(fù)荷高峰時(shí)刻平均電價(jià)僅為低谷時(shí)刻平均電價(jià)的2倍左右，高峰電價(jià)為41澳元/MWh，低谷電價(jià)為21澳元/MWh 。浙江省電力市場(chǎng)2001-2002年的運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)貨電價(jià)均值在0.3元/kWh左右，負(fù)荷高峰期電價(jià)在0.5元/kWh以內(nèi)，低谷期電價(jià)在0.25元/kWh左右 。在發(fā)電電價(jià)為抽水電價(jià)1.5倍的假設(shè)下，蒲石河抽水蓄能電站通過電能量市場(chǎng)獲得收益占容量費(fèi)的比重在20%以內(nèi)。
國內(nèi)外電力輔助服務(wù)市場(chǎng)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，整個(gè)輔助服務(wù)市場(chǎng)的規(guī)模有限，分?jǐn)偟絾挝欢入姷妮o助服務(wù)價(jià)格較低。
美國PJM市場(chǎng)2014年負(fù)荷承擔(dān)的所有輔助服務(wù)費(fèi)用約為2美元/兆瓦時(shí)，折合人民幣0.0025元/千瓦時(shí)。澳大利亞2014年輔助服務(wù)總費(fèi)用為1億澳元，折合人民幣0.003元/千瓦時(shí)。
從國內(nèi)看，2017年二季度電力輔助服務(wù)補(bǔ)償費(fèi)用共28.19億元，占上網(wǎng)電費(fèi)總額的0.76%，若取上網(wǎng)電價(jià)均值為0.5元/千瓦時(shí)，則輔助服務(wù)折合0.0038元/千瓦時(shí)。
假設(shè)負(fù)荷承擔(dān)的所有種類輔助服務(wù)費(fèi)用為0.01元/kWh，2015年遼寧電量規(guī)模約2000億kWh，則輔助服務(wù)總費(fèi)用為20億元，蒲石河120萬容量占全省4300萬總裝機(jī)的比重為3%，由于抽蓄電站提供AGC、調(diào)峰、常規(guī)備用時(shí)并無優(yōu)勢(shì)，假設(shè)蒲石河所能分得的輔助服務(wù)補(bǔ)償與其容量占比成正比，則僅能分得0.6億元。考慮加上電能量市場(chǎng)的收益，兩者的收益與所需容量電費(fèi)的比重在22%～70%之間，與現(xiàn)行容量電費(fèi)仍存在較大資金缺口。
基于以上研究，我們建議在電力市場(chǎng)建成以前仍然采用兩部制電價(jià)，容量電費(fèi)納入?yún)^(qū)域電網(wǎng)輸配電準(zhǔn)許成本，向省級(jí)電網(wǎng)傳導(dǎo)，隨省級(jí)電網(wǎng)輸配電價(jià)一并回收，同時(shí)處理好與核價(jià)周期銜接問題。同時(shí)也可考慮由新能源、核電等抽蓄的收益方適度承擔(dān)部分費(fèi)用，降低全部由輸配電價(jià)疏導(dǎo)的壓力。
鑒于抽水蓄能電站同時(shí)具備公用屬性和專用屬性，在電力市場(chǎng)成熟以后，采用“固定采購+市場(chǎng)競(jìng)價(jià)”的多渠道方式解決抽水蓄能電價(jià)疏導(dǎo)問題。約80%的費(fèi)用通過與電力交易或調(diào)度機(jī)構(gòu)簽訂長期固定合同得到保障，對(duì)提供緊急事故備用、黑啟動(dòng)、無功等不宜市場(chǎng)化的輔助服務(wù)補(bǔ)償。這部分費(fèi)用通過輸配電價(jià)疏導(dǎo)。余下約20%的費(fèi)用，通過參與電能量市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)競(jìng)爭獲得收入。
電儲(chǔ)能價(jià)格機(jī)制的探索
在電力系統(tǒng)電化學(xué)中儲(chǔ)能主要應(yīng)用于電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)三大場(chǎng)景，其價(jià)格機(jī)制各異。
電源側(cè)儲(chǔ)能主要有兩類。一類是為常規(guī)電源提供聯(lián)合調(diào)頻服務(wù)，儲(chǔ)能通常建設(shè)在火電站內(nèi)部，保障機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行，對(duì)于聯(lián)合調(diào)頻獲取的AGC服務(wù)補(bǔ)償，投資者和電廠分成。另一種是為新能源電站提供平滑出力、調(diào)頻、減小棄風(fēng)棄光服務(wù)。在風(fēng)資源較好、限電現(xiàn)象嚴(yán)重地區(qū)試點(diǎn)風(fēng)電+儲(chǔ)能項(xiàng)目，通過安裝儲(chǔ)能可有效降低風(fēng)電出力預(yù)測(cè)偏差，減少考核費(fèi)用，同時(shí)提高風(fēng)電利用率。
電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能商業(yè)模式尚不成熟，仍處于探索階段。一種是電網(wǎng)公司輔業(yè)單位投資建設(shè)，主業(yè)單位租賃運(yùn)營。如江蘇鎮(zhèn)江儲(chǔ)能電站項(xiàng)目，其中許繼及山東電工投資建設(shè)部分由國網(wǎng)江蘇公司租賃運(yùn)營。另一種是電網(wǎng)公司輔業(yè)單位投資建設(shè)，通過合同能源管理或者“合同能源管理+購售電”模式運(yùn)營。如江蘇鎮(zhèn)江儲(chǔ)能項(xiàng)目中江蘇綜合能源公司所投資建設(shè)的部分，與國網(wǎng)江蘇公司簽訂合同能源管理服務(wù)，主要應(yīng)用于輔助電網(wǎng)調(diào)峰及應(yīng)急備用等服務(wù)，按照合同約定條款獲益。
用戶側(cè)儲(chǔ)能主要包括微電網(wǎng)儲(chǔ)能、工商業(yè)儲(chǔ)能及家庭戶用儲(chǔ)能等，主要為用戶或業(yè)主服務(wù)，可以達(dá)到節(jié)約電量電費(fèi)和容量電費(fèi)的目的，具有典型的市場(chǎng)行為特征。目前工商業(yè)用戶側(cè)儲(chǔ)能在峰谷電價(jià)差大于0.7元/千瓦時(shí)的東中部地區(qū)發(fā)展?jié)摿^大。大工業(yè)用戶僅通過峰谷差套利模式難以盈利，若通過峰谷套利+降低需量電費(fèi)的方式，在部分省市具備盈利條件。
在儲(chǔ)能價(jià)格機(jī)制這一問題上，美國加州的做法值得研究。
2010年，加州政府通過儲(chǔ)能采購強(qiáng)制法令A(yù)B2514，要求加州公共事業(yè)委員會(huì)(CPUC)研究儲(chǔ)能采購目標(biāo)。2012-2013年，CPUC開展儲(chǔ)能的應(yīng)用場(chǎng)景、采購機(jī)制、目標(biāo)規(guī)模、效益和所有權(quán)等問題的研究。2013年10月，CPUC制定“儲(chǔ)能采購目標(biāo)計(jì)劃”要求2020年之前加州三大公用事業(yè)公司在輸配電和用戶側(cè)采購132.5萬千瓦儲(chǔ)能設(shè)施。目標(biāo)分解為2014-2020年間的4輪采購。儲(chǔ)能設(shè)施不指定技術(shù)路線。
根據(jù)CPUC的設(shè)計(jì)，儲(chǔ)能設(shè)施所有權(quán)和功能不同，其成本回收方式也有所區(qū)別。以提高輸配電可靠性為主，發(fā)揮電壓支撐、延緩配電設(shè)施增容，所有權(quán)屬于公用事業(yè)公司的儲(chǔ)能設(shè)施，從輸配電價(jià)中收回成本。用于平滑風(fēng)光波動(dòng)的，如果所有權(quán)屬于公用事業(yè)公司，則視為發(fā)電資產(chǎn)，從上網(wǎng)電價(jià)回收成本;如果屬于其他第三方，則通過批發(fā)市場(chǎng)獲利，目前這一部分有政府補(bǔ)貼。所有權(quán)屬于用戶，用于發(fā)揮負(fù)荷調(diào)節(jié)功能的，主要通過需求管理、分布式發(fā)電、電動(dòng)汽車充電等激勵(lì)機(jī)制獲利。
這種把儲(chǔ)能按照不同功能細(xì)分再探討其價(jià)格機(jī)制的思路給中國提供了很好的借鑒。
在世界范圍內(nèi)，也有不少國家和地區(qū)在市場(chǎng)機(jī)制上積極探索。在價(jià)差套利方面，歐洲眾多國家以及澳大利亞、日本能夠利用峰谷價(jià)差實(shí)現(xiàn)較高利潤，居民側(cè)“光伏+儲(chǔ)能”實(shí)現(xiàn)平價(jià)用電。在需求響應(yīng)方面，2015年6月，美國加州發(fā)布了“需求側(cè)響應(yīng)拍賣機(jī)制”示范項(xiàng)目，包括用戶側(cè)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的分布式電源可以參與。在調(diào)頻方面，美國在儲(chǔ)能參與調(diào)頻市場(chǎng)方面領(lǐng)先，F(xiàn)ERC890法令允許儲(chǔ)能進(jìn)入調(diào)頻市場(chǎng)，755法案要求市場(chǎng)按照各電源提供調(diào)頻服務(wù)的效果支付補(bǔ)償費(fèi)用。
此外，亦有政府通過資助示范項(xiàng)目、發(fā)放項(xiàng)目建設(shè)補(bǔ)貼等釋放為儲(chǔ)能提供財(cái)政支持。在一些地區(qū)，儲(chǔ)能可以享受投資稅收減免、稅收抵免、加速折舊等優(yōu)惠政策。
總的來說，從世界范圍看，儲(chǔ)能的發(fā)展和定價(jià)機(jī)制已經(jīng)取得一定經(jīng)驗(yàn)，但仍處于不斷探索的過程中。政策的推動(dòng)，尤其是補(bǔ)貼的實(shí)施是刺激儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展的重要推手。合理的定價(jià)，無論是政府定價(jià)還是市場(chǎng)競(jìng)價(jià)，是推動(dòng)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵要素。允許儲(chǔ)能在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下與其他技術(shù)進(jìn)行競(jìng)爭，全面參與電力市場(chǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)于儲(chǔ)能的發(fā)展尤為重要。
