現(xiàn)貨市場(chǎng)下抽水蓄能電站電量收益及綜合效益分析
馬 良 楊文婷
摘要：在現(xiàn)階段及電力市場(chǎng)化過(guò)程中，抽水蓄能電站收益主要包含容量收益、電量收益和輔助服務(wù)收益三部分。電量電價(jià)通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)方式形成，現(xiàn)貨市場(chǎng)通過(guò)價(jià)格信號(hào)引導(dǎo)抽水蓄能電站充分發(fā)揮調(diào)峰填谷作用，促進(jìn)新能源消納。在電力市場(chǎng)改革及建設(shè)新型電力系統(tǒng)背景下，本文測(cè)算了與現(xiàn)貨市場(chǎng)相銜接的峰谷分時(shí)電價(jià)，以峰谷分時(shí)電價(jià)下的抽水蓄能電站電量收益為切入點(diǎn)，結(jié)合容量電價(jià)及收益分享機(jī)制，推求了面向現(xiàn)貨市場(chǎng)抽水蓄能電站資本金內(nèi)部收益。結(jié)果表明，如執(zhí)行峰谷分時(shí)電價(jià)政策，抽水蓄能電站電量收益可觀，但其中由抽水蓄能電站分享的比例不高，因此從財(cái)務(wù)角度看電站綜合效益提升有限。本文研究結(jié)果可為抽水蓄能電站建設(shè)管理單位提供決策支持，在電價(jià)政策制定和電站資源優(yōu)化配置方面具有重要意義。
關(guān)鍵詞：抽水蓄能；現(xiàn)貨市場(chǎng)；峰谷電價(jià)；兩部制電價(jià)；電量收益
一、研究背景
隨著風(fēng)、光等新能源大規(guī)模高比例發(fā)展，系統(tǒng)對(duì)調(diào)節(jié)電源的需求愈加迫切[1]。抽水蓄能電站具有調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、儲(chǔ)能、事故備用和黑啟動(dòng)等多種功能，是當(dāng)前及未來(lái)一段時(shí)間滿(mǎn)足電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求的重要保障[2]。在本次抽水蓄能建設(shè)高峰之初[3-4]，國(guó)家發(fā)展改革委就發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步完善抽水蓄能價(jià)格形成機(jī)制的意見(jiàn)》（發(fā)改價(jià)格〔2021〕633號(hào)）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)633號(hào)文）[5]，從價(jià)格方面進(jìn)一步促進(jìn)了抽水蓄能的建設(shè)發(fā)展以及綜合效益發(fā)揮。
張森林[6]認(rèn)為容量電價(jià)核定辦法明確，穩(wěn)定了社會(huì)資本投資收益的可預(yù)期性，鼓勵(lì)了社會(huì)資本積極參與抽水蓄能電站投資建設(shè)。并認(rèn)為從國(guó)家能源主管部門(mén)對(duì)抽水蓄能電站改革的態(tài)度看，以管制性容量定價(jià)為主體的兩部制電價(jià)只是過(guò)渡階段，而不是最終目標(biāo)，抽水蓄能電站未來(lái)還是應(yīng)該參與電力市場(chǎng)，由電力市場(chǎng)來(lái)促進(jìn)、引導(dǎo)抽水蓄能電站靈活調(diào)節(jié)和獲取收益，這才是我國(guó)電力市場(chǎng)化改革的導(dǎo)向。段敬東[7]認(rèn)為抽水蓄能電站的建設(shè)宜選擇基礎(chǔ)電價(jià)高、調(diào)峰需求高、電力市場(chǎng)較為完善的地區(qū)，合理確定在電力系統(tǒng)中的工作位置，保障抽水發(fā)電盈利。喬洪奎等[8]認(rèn)為抽水蓄能的抽水電量越大，其“綠色”“低碳”特性就越明顯，其電量電價(jià)收益就應(yīng)該越大。在保持抽水蓄能容量電價(jià)不變的前提下，應(yīng)調(diào)整提升抽水蓄能電量電價(jià)，通過(guò)單列抽水蓄能標(biāo)桿電價(jià)，提升其“發(fā)電電量標(biāo)桿電價(jià)”或降低“抽水電量標(biāo)桿電價(jià)”，合理保護(hù)已建綜合效率低于75%抽水蓄能電量電價(jià)收益。張鈺[9]認(rèn)為要制定符合市場(chǎng)化改革方向的輔助服務(wù)定性和定量相結(jié)合的評(píng)價(jià)評(píng)估體系，建立健全多元化補(bǔ)償機(jī)制，并大力支持電站平等參與電力中長(zhǎng)期交易、現(xiàn)貨市場(chǎng)交易。黃漢權(quán)等[10]認(rèn)為一方面，政府對(duì)抽水蓄能電站提供輔助服務(wù)價(jià)格進(jìn)行干預(yù)，在明晰抽水蓄能功能定位和經(jīng)濟(jì)學(xué)屬性基礎(chǔ)上，完善其價(jià)格形成機(jī)制，對(duì)抽水蓄能電站實(shí)行政府定價(jià)管理，對(duì)于具有公共品性的容量電價(jià)應(yīng)通過(guò)輸配電價(jià)回收。另一方面，要以能否提高資源配置效率、降低電力系統(tǒng)輔助服務(wù)成本為前提，謹(jǐn)慎推進(jìn)抽水蓄能市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)模式改革。特別是我國(guó)沒(méi)有完善的區(qū)域性的電能量市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)，服務(wù)于區(qū)域的抽水蓄能電站暫不具備脫離電力調(diào)度機(jī)構(gòu)，從市場(chǎng)自由獲取收益的條件，宜主要采用電網(wǎng)租賃制經(jīng)營(yíng)模式。汪致洵等[11]假設(shè)H省抽水蓄能參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易，按照分享機(jī)制雖然抽水蓄能電站的年容量收入降低，但是其在電力市場(chǎng)中獲取的額外電量收入高，使得其投資回收期縮短。容量?jī)r(jià)格降低則通過(guò)輸配電價(jià)分?jǐn)偟接脩?hù)側(cè)的單位電價(jià)成本也顯著降低，實(shí)現(xiàn)了電站與用戶(hù)的“雙贏”。王睿等[12]認(rèn)為，抽水蓄能電站能夠獨(dú)立參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)并實(shí)現(xiàn)生存的電力市場(chǎng)環(huán)境，至少包括以下二個(gè)必備要素：一是運(yùn)行良好的現(xiàn)貨市場(chǎng)，能夠提供峰谷套利空間；二是完善的輔助服務(wù)市場(chǎng)，使得抽水蓄能電站提供輔助服務(wù)的價(jià)值得到合理的體現(xiàn)。只有當(dāng)上述兩個(gè)條件同時(shí)滿(mǎn)足時(shí)，抽水蓄能電站才具備完全推向市場(chǎng)的可能條件。張柏林等[13]認(rèn)為通過(guò)參與調(diào)峰、調(diào)頻市場(chǎng)及利用能量市場(chǎng)中的多重價(jià)值盈利機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的快速成本回收及盈利，有利于引導(dǎo)儲(chǔ)能的進(jìn)一步規(guī)?；徒档统杀荆虼私ㄗh完善電力輔助服務(wù)市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)規(guī)則、現(xiàn)貨市場(chǎng)運(yùn)行規(guī)則，充分發(fā)揮各類(lèi)儲(chǔ)能的市場(chǎng)價(jià)值。柳洋等[14]通過(guò)對(duì)容量電價(jià)與容量電費(fèi)進(jìn)行電站全壽命周期仿真，認(rèn)為兩部制電價(jià)市場(chǎng)銜接機(jī)制可以使抽水蓄能電站在電力市場(chǎng)中獲得合理收益，階梯式逐步降低核定容量電價(jià)覆蓋電站容量的比重，幫助抽水蓄能電站較平穩(wěn)地轉(zhuǎn)換到獨(dú)立市場(chǎng)主體的身份。
以上文獻(xiàn)分別從現(xiàn)階段容量電價(jià)可以很好的回收成本獲得收益，容量電價(jià)納入輸配電價(jià)回收明確了回收方式，現(xiàn)階段電量收益如何提升，兩部制電價(jià)將向市場(chǎng)化過(guò)渡，市場(chǎng)化可以充分發(fā)揮抽水蓄能的功能，完善的電能量和輔助服務(wù)市場(chǎng)是抽水蓄能進(jìn)入市場(chǎng)的前提以及假設(shè)抽水蓄能進(jìn)入市場(chǎng)的盈利模式和預(yù)測(cè)等方面對(duì)兩部制電價(jià)及發(fā)展方向進(jìn)行了闡述和分析。本文則著眼于新規(guī)下的抽水蓄能電量收益。根據(jù)633號(hào)文，兩部制電價(jià)中的電量電價(jià)通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)方式形成，現(xiàn)貨市場(chǎng)通過(guò)價(jià)格信號(hào)引導(dǎo)抽水蓄能充分發(fā)揮調(diào)峰填谷作用，促進(jìn)新能源消納。電量收益的規(guī)模直接關(guān)系到電站調(diào)峰填谷和促進(jìn)新能源消納的積極性，因此現(xiàn)貨市場(chǎng)下抽水蓄能電站電量收益及綜合效益研究就很必要。
二、現(xiàn)貨市場(chǎng)電價(jià)測(cè)算
（一）測(cè)算思路
《關(guān)于加快推進(jìn)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)工作的通知》（發(fā)改辦體改〔2022〕129號(hào)）指出現(xiàn)貨市場(chǎng)具有發(fā)現(xiàn)價(jià)格的作用，對(duì)實(shí)現(xiàn)高峰電力保供和低谷新能源消納、確保電力安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。現(xiàn)階段要進(jìn)一步完善與現(xiàn)貨市場(chǎng)相銜接的分時(shí)段交易機(jī)制[15]。
現(xiàn)階段各類(lèi)電源的市場(chǎng)交易和上網(wǎng)電價(jià)并未完全放開(kāi)。2021年《國(guó)家發(fā)展改革委關(guān)于進(jìn)一步深化燃煤發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)市場(chǎng)化改革的通知》（發(fā)改價(jià)格〔2021〕1439號(hào)）要求有序放開(kāi)全部燃煤發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)，燃煤發(fā)電電量原則上全部進(jìn)入電力市場(chǎng)?，F(xiàn)行燃煤發(fā)電基準(zhǔn)電價(jià)繼續(xù)作為新能源發(fā)電等價(jià)格形成的掛鉤基準(zhǔn)，并且綠電中長(zhǎng)期交易電價(jià)要對(duì)標(biāo)燃煤發(fā)電市場(chǎng)化交易電價(jià)[16]?！蛾P(guān)于加快推進(jìn)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)工作的通知》也要求要構(gòu)建主要由市場(chǎng)形成新能源價(jià)格的電價(jià)機(jī)制，推動(dòng)新能源自愿參與電力交易，引導(dǎo)綠電中長(zhǎng)期交易電價(jià)對(duì)標(biāo)燃煤發(fā)電市場(chǎng)化交易電價(jià)。
結(jié)合以上文件，在各省電力現(xiàn)貨市場(chǎng)試運(yùn)行以及與現(xiàn)貨市場(chǎng)相銜接的分時(shí)段交易機(jī)制不斷完善的背景下，在除煤電的其他能源品種沒(méi)有參與市場(chǎng)或僅少量參與市場(chǎng)，以及現(xiàn)階段煤電電價(jià)仍是新能源發(fā)電等電價(jià)形成的掛鉤基準(zhǔn)和對(duì)標(biāo)對(duì)象的情況下，煤電峰谷分時(shí)交易電價(jià)對(duì)于現(xiàn)貨市場(chǎng)電價(jià)具有很強(qiáng)的代表性，因此本文使用煤電峰谷分時(shí)電價(jià)反映現(xiàn)貨市場(chǎng)電價(jià)。
本文擬在保持銷(xiāo)售電價(jià)總體水平基本穩(wěn)定的前提下，結(jié)合目錄分時(shí)電價(jià)機(jī)制峰谷分時(shí)的規(guī)定，測(cè)算煤電峰谷分時(shí)交易電價(jià)。以峰、平、谷時(shí)段電價(jià)比例1.5:1:0.5（峰谷比例為3）為例，如執(zhí)行峰谷分時(shí)電價(jià)后，煤電發(fā)電收入總體水平基本穩(wěn)定，則煤電峰谷分時(shí)電價(jià)計(jì)算公式如下：
式中，a%，b%和c%分別為峰時(shí)段、平時(shí)段和谷時(shí)段電量占比，p為煤電交易平段電價(jià)，1.5p為峰時(shí)段電價(jià)，0.5p為谷時(shí)段電價(jià)，Q為煤電總發(fā)電量，d為煤電基準(zhǔn)電價(jià)。
（二）測(cè)算邊界條件
《國(guó)家發(fā)展改革委關(guān)于進(jìn)一步完善分時(shí)電價(jià)機(jī)制的通知》（發(fā)改價(jià)格〔2021〕1093號(hào)）頒布后各省陸續(xù)出臺(tái)峰谷分時(shí)電價(jià)的規(guī)定[17]。在抽水蓄能電站應(yīng)執(zhí)行的工商業(yè)用電電價(jià)方面，17個(gè)省市制定了峰谷分時(shí)電價(jià)。其中廣東的峰谷電價(jià)比例最大為4.47，西藏的最小為1.1，平均為3.14。峰谷電價(jià)比例高于平均值的省市有江蘇（4.35）、湖南（4）、陜西（3.62）、青海（3.86）、新疆（4.54）、河南（3.65）、廣東（4.47）。各省目錄分時(shí)電價(jià)峰谷電價(jià)比例及峰谷時(shí)段劃分見(jiàn)表1。本次將取峰、平、谷時(shí)段電價(jià)比例1.5：1：0.5（峰谷比例為3），1.56：1：0.44（峰谷比例為3.5），1.6：1：0.4（峰谷比例為4）三種情況進(jìn)行峰谷分時(shí)電價(jià)分析。此外，本文還收集了2021年32個(gè)省市的煤電基準(zhǔn)電價(jià)，其中廣東煤電基準(zhǔn)價(jià)最高為0.45元/kWh，最低為青海的0.23元/kWh，平均為0.37元/kWh，見(jiàn)表2。本文將取峰、平、谷時(shí)段電價(jià)比例1.5:1:0.5（峰谷比例為3），1.56:1:0.44（峰谷比例為3.5），1.6:1:0.4（峰谷比例為4）和煤電基準(zhǔn)價(jià)為0.35元/度、0.4元/度、0.45元/度組合對(duì)峰谷分時(shí)電價(jià)進(jìn)行分析。
表1 各省市大工業(yè)或工商業(yè)220kV以上目錄分時(shí)電價(jià)
表2 各省市煤電基準(zhǔn)電價(jià)
本文選取了煤電裝機(jī)和煤電消費(fèi)占比較大的廣東、江蘇、浙江和湖南四省進(jìn)行分析，對(duì)各省的煤電出力過(guò)程進(jìn)行無(wú)量綱化，即用每時(shí)段實(shí)際出力除以日最大出力得到無(wú)量綱化的出力曲線(xiàn)，再加權(quán)平均得到煤電綜合出力曲線(xiàn)，作為本次峰谷分時(shí)電價(jià)測(cè)算的典型出力曲線(xiàn)，如圖1。
圖1 煤電綜合出力曲線(xiàn)
（三）測(cè)算成果
基準(zhǔn)電價(jià)0.35元/度、0.4元/度、0.45元/度和峰谷電價(jià)比例3、4、5形成的9種組合基本涵蓋了我國(guó)大多數(shù)省市的電價(jià)情況。經(jīng)測(cè)算，不同基準(zhǔn)電價(jià)和峰谷比例形成的峰谷分時(shí)電價(jià)如表3和表4。可以看出峰谷電價(jià)差呈現(xiàn)出隨著峰谷比例和煤電基準(zhǔn)電價(jià)的升高而增長(zhǎng)。
表3 峰谷分時(shí)電價(jià)測(cè)算成果（元/kW·h）
表4 峰谷電價(jià)差測(cè)算成果
三、現(xiàn)階段抽水蓄能電量收益分析
為了對(duì)現(xiàn)階段抽水蓄能電站基于峰谷電價(jià)的電量收益進(jìn)行分析，本文根據(jù)收集到的華中區(qū)域河南寶泉（裝機(jī)120萬(wàn)kW），江西洪屏（裝機(jī)120萬(wàn)kW），湖北白蓮河（裝機(jī)120萬(wàn)kW），湖南黑麋峰（裝機(jī)120萬(wàn)kW）四座抽水蓄能電站2022年上半年實(shí)際運(yùn)行情況，華北區(qū)域十三陵抽水蓄能電站（裝機(jī)80萬(wàn)kW）和華東區(qū)域江蘇宜興（100萬(wàn)kW），浙江天荒坪（180萬(wàn)kW）、仙居（150萬(wàn)kW）、桐柏（120萬(wàn)kW），安徽績(jī)溪（180萬(wàn)kW），福建仙游（120萬(wàn)kW）五座抽水蓄能電站的2021年實(shí)際運(yùn)行情況加權(quán)平均得到現(xiàn)階段典型抽水蓄能電站的運(yùn)行情況，如圖5.4-6?，F(xiàn)階段典型抽水蓄能電站年抽水發(fā)電利用小時(shí)數(shù)2800h，電站的轉(zhuǎn)化效率為77.5%，若檢修按30天計(jì)，電站日抽水利用小時(shí)數(shù)4.9h，發(fā)電利用小時(shí)數(shù)4h。
圖2 現(xiàn)階段抽水蓄能電站日運(yùn)行情況
結(jié)合現(xiàn)階段典型抽水蓄能電站的抽水發(fā)電過(guò)程，執(zhí)行峰谷分時(shí)電價(jià)后抽水蓄能的電量收益2.8億～4.5億，見(jiàn)表5，可以看出電量收益隨著峰谷比例、煤電基準(zhǔn)價(jià)以及利用小時(shí)數(shù)的升高而增長(zhǎng)。
表5 抽水蓄能的電量收益
四、抽水蓄能電站容量電價(jià)測(cè)算
根據(jù)633號(hào)文，容量電價(jià)體現(xiàn)了抽水蓄能電站提供調(diào)頻、調(diào)壓、系統(tǒng)備用和黑啟動(dòng)等輔助服務(wù)的價(jià)值，抽水蓄能電站通過(guò)容量電價(jià)回收抽發(fā)運(yùn)行成本外的其他成本并獲得合理收益。抽水蓄能容量電價(jià)按經(jīng)營(yíng)期定價(jià)法核定，即基于彌補(bǔ)成本、合理收益原則，按照資本金內(nèi)部收益率對(duì)電站經(jīng)營(yíng)期內(nèi)年度凈現(xiàn)金流進(jìn)行折現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)經(jīng)營(yíng)期現(xiàn)金流收支平衡為目標(biāo)，核定電站容量電價(jià)。經(jīng)測(cè)算，單位千瓦投資為5000元、6000元、7000元、8000元的電站，容量電價(jià)分別為550元/kW·年、650元/kW·年、760元/kW·年、860元/kW·年，如圖3，容量電價(jià)與電站單位千瓦投資基本呈線(xiàn)性關(guān)系。
圖3 單位千瓦投資與容量電價(jià)關(guān)系
五、基于峰谷電價(jià)的電站效益分析
633號(hào)文制定了市場(chǎng)收益的分享機(jī)制，規(guī)定抽水蓄能通過(guò)參加輔助服務(wù)市場(chǎng)形成的收益，以及抽水發(fā)電形成的收益，20%由抽水蓄能電站分享，80%在下次核定電站容量電價(jià)時(shí)相應(yīng)扣減。
若單位千瓦投資6000元，裝機(jī)120萬(wàn)kW的抽水蓄能電站年容量電費(fèi)分別7.84億元。結(jié)合不同峰谷分時(shí)電價(jià)下的電量收益，見(jiàn)表5，并參照633號(hào)文的收益分享機(jī)制，電站經(jīng)營(yíng)期內(nèi)的資本金收益率見(jiàn)表6。對(duì)于不同投資水平的抽水蓄能電站，電量收益占容量電費(fèi)的35.7%～57.4%，資本金內(nèi)部收益率為7.87%～8.71%。
表6 電站資本金內(nèi)部收益率（投資6000元/千瓦）
六、結(jié)論和建議
（一）結(jié)論
1.分時(shí)電價(jià)機(jī)制的進(jìn)一步完善，為抽水蓄能電站形成電量收益奠定了基礎(chǔ)。現(xiàn)階段我國(guó)大多數(shù)省份已實(shí)行分時(shí)電價(jià)，本報(bào)告設(shè)計(jì)峰谷比例3、3.5、4與基準(zhǔn)電價(jià)0.35元/度、0.4元/度、0.45元/度形成的組合基本涵蓋了多數(shù)省市的情況。經(jīng)測(cè)算，峰谷電價(jià)差可以達(dá)到0.32元/kWh～0.48元/kWh，峰谷電價(jià)差呈現(xiàn)出隨著峰谷電價(jià)比例和基準(zhǔn)電價(jià)升高而增大的規(guī)律。
2.根據(jù)各區(qū)域抽水蓄能電站實(shí)際運(yùn)行情況，執(zhí)行峰谷電價(jià)后抽水蓄能電站的電量收益較為可觀。抽水蓄能電站的電量收益主要與抽水發(fā)電時(shí)機(jī)、抽水發(fā)電利用強(qiáng)度、抽水發(fā)電轉(zhuǎn)化效率、峰谷電價(jià)情況等息息相關(guān)。現(xiàn)階段典型抽水蓄能執(zhí)行峰谷電價(jià)后年電量收益為2.8億元～4.5億元。
3.執(zhí)行峰谷電價(jià)后抽水蓄能電站的資本金收益率有所增長(zhǎng)，資本金收益率的變化對(duì)電量收益的變化不敏感。結(jié)合633號(hào)文的收益分享機(jī)制，當(dāng)電量收益為2.8億元～4.5億元，單位千瓦投資6000元的抽水蓄能電站資本金收益率為7.87%～8.71%，較6.5%有所提升。但根據(jù)電量收益20%由抽水蓄能電站分享的規(guī)定，1000萬(wàn)電量收益引起單位千瓦投資6000元的抽水蓄能電站資本金收益率的提升僅為約0.05%，資本金收益率的變化對(duì)電量收益的變化不敏感。
（二）建議
1.根據(jù)現(xiàn)階段的收益分享機(jī)制，電量收益的增加對(duì)電站總體效益增長(zhǎng)的影響較小，引導(dǎo)抽水蓄能電站充分發(fā)揮調(diào)峰填谷、促進(jìn)新能源消納的作用較弱。建議可根據(jù)電站的抽水發(fā)電轉(zhuǎn)化效率以及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)率等，進(jìn)一步提升分享機(jī)制中由抽水蓄能電站分享的比例。
2.建議加快確立抽水蓄能電站獨(dú)立市場(chǎng)主體地位，推動(dòng)電站參與現(xiàn)貨市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)。抽水蓄能充分發(fā)揮作用需要運(yùn)行良好的現(xiàn)貨市場(chǎng)，能夠提供峰谷套利空間，以及完善的輔助服務(wù)市場(chǎng)，使得抽水蓄能電站提供輔助服務(wù)的價(jià)值得到合理的體現(xiàn)。
