中國儲能網(wǎng)訊：1882年, 抽水蓄能電站誕生于瑞士, 自此開始抽水蓄能事業(yè)不斷發(fā)展。近幾年,經(jīng)濟的快速發(fā)展帶來用電量的持續(xù)增加和負荷峰谷差的不斷加大, 同時用戶對電力供應的安全和質(zhì)量要求也越來越高。抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中具有調(diào)峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用和黑啟動等多種功能, 并能夠快速工況轉(zhuǎn)換, 成為現(xiàn)代電力系統(tǒng)有效的、不可缺少的調(diào)節(jié)工具。因此, 建設(shè)適當比例的抽水蓄能電站將有利于優(yōu)化電源結(jié)構(gòu), 保證電網(wǎng)安全, 改善電能質(zhì)量, 在促進社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展、 環(huán)境保護和資源節(jié)約利用等方面發(fā)揮巨大作用。
本文介紹了世界上最有代表性的 3 個國家: 日本、英國、美國, 其抽水蓄能的運營模式和電價機制,根據(jù)國外抽水蓄能運營經(jīng)驗, 指出我國需要適度建設(shè)一定規(guī)模的抽水蓄能電站, 并且要研究和制定符合國情的抽水蓄能電價機制, 才能使我國抽水蓄能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。 1 日本
1.1 電力改革概況
日本全境分為東西2 個電網(wǎng), 采用50Hz 和60Hz2 種頻率運行。按供電區(qū)域, 日本電力系統(tǒng)由十大發(fā)供一體的區(qū)域電力公司管轄, 有東京、關(guān)西、中部、九州、東北、中國、四國、北陸、北海道以及沖繩。并且十大電力公司均已發(fā)展為上市公司, 實行總公司- 分公司的管理體制, 所有公司管理結(jié)構(gòu)采用職能制。20世紀 90 年代初, 日本開始實行電力市場化改革,1995 年陸續(xù)出現(xiàn)獨立發(fā)電商, 2000 年后又出現(xiàn)了以售電為主的新的電力供應商( PPS) 。但是, 日本的電力市場改革并沒有打破原電力公司的發(fā)輸配一體化結(jié)構(gòu), 電力公司原有的體系結(jié)構(gòu)繼續(xù)保留, 實行發(fā)電、輸電、配電、售電垂直壟斷分地區(qū)經(jīng)營, 只是將發(fā)電市場和售電市場放開。1995 年修改了《 電力事業(yè)法》, 將發(fā)電市場放開, 允許新的發(fā)電商進入, 并確定了批發(fā)供電的參與條件, 允許設(shè)立電力批發(fā)企業(yè), 旨在提高電力公司的運營效率, 并降低全世界最高的電力價格。這次改革致使發(fā)電領(lǐng)域各獨立發(fā)電商競價積極性大大提高, 發(fā)電市場競爭愈加激烈。1999年, 日本政府第2 次修訂的《電力事業(yè)法》, 決定開放售電市場份額 30%的售電量, 并逐年開放, 到 2004年開放 40%, 2005 年開放 60%。
1.2 抽水蓄能電站運營情況
日本一次能源缺乏, 大部分能源需從國外進口,日本的電源構(gòu)成中核電占首位, 其次為火電。 因此,電網(wǎng)調(diào)峰、 調(diào)頻以及事故備用的主要手段是抽水蓄能機組。目前, 日本有41 座抽水蓄能電站, 裝機容量24.65 GW, 占日本發(fā)電總裝機容量10 %以上。按照 J- power 發(fā)電公司、東京電力公司分別對不同類型機組停機 8 h 后再啟動時的啟動時間進行的比較, 抽水蓄能機組3～5 min, 燃氣、燃油機組3 h,燃煤機組4 h, 核電機組5 d。在日本無論是電力公司, 還是發(fā)電公司都非?？粗爻樗钅軝C組卓越的求變化和巨大的峰谷差, 抽水蓄能電站性能得到了充分發(fā)揮。
從東京電力公司4座抽水蓄能電站2001年運行統(tǒng)計來看, 機組年發(fā)電利用小時為400～800 h, 并且運行時機組 90%的時間負荷率在60%～75%。 可見, 在日本主要利用了抽水蓄能電站的調(diào)峰、調(diào)頻、填谷、瞬時運行的事故備用能力以及經(jīng)濟性蓄水。對于抽水蓄能機組, 日本業(yè)內(nèi)人士已達成共識: 一是抽水蓄能機組處于待機狀態(tài), 是電網(wǎng)備用的需要, 因為機組的冷態(tài)爬坡速率仍大于火電機組的熱態(tài)爬坡速率, 所以, 其穩(wěn)定電網(wǎng)的作用很大, 待機也應看作工作; 二是發(fā)電、 抽水運行由承租方的需求狀況來決定, 設(shè)備擁有者并沒有必要努力爭取發(fā)電運行; 三是可協(xié)調(diào)供給和需求, 選擇負荷低谷時經(jīng)濟性蓄水, 做到合理蓄能。
1.3 抽水蓄能電價機制
日本電價核定遵守 3 個原則: 成本主義原則、公正報酬原則、對用戶公平原則。 在電價測算時, 總成本的確定是以日本電氣事業(yè)會計規(guī)則規(guī)定的營業(yè)費用項目為基礎(chǔ), 加上事業(yè)報酬。營業(yè)費用主要包括人工費、燃料費、修繕費、折舊費、稅費、購電費、財務費等; 事業(yè)報酬主要是經(jīng)營用資產(chǎn)乘以適當?shù)睦麧櫬?利潤率是按不同的發(fā)電類型確定, 抽水蓄能電站在6%。 按照“ 三原則”核定的日本的電價機制有 2 種:
(1) 租賃制。 日本電源開發(fā)公司在體制上, 是獨立的電源開發(fā)商, 建設(shè)和經(jīng)營的抽水蓄能電站, 全部采用租賃經(jīng)營模式。
日本的電源結(jié)構(gòu)決定了其最需要瞬間啟動 容量、事故備用容量以及尖峰調(diào)整的能力, 這些只有抽水蓄能機組最適合承擔, 這需要電力市場輔助服務機制、電力市場容量備用評估機制等辦法的支持, 在日本目前電力體制情況下, 還很難準確計算, 也很難評估抽水蓄能電站的經(jīng)濟價值, 因此采用固定容量電費模式比較合理。 由于日本電力行業(yè)各界人士對抽水蓄能電站作用達成的共識, 獨立電源開發(fā)商的抽水蓄能電站全部采用了租賃模式。 租賃費是按成本主義原則, 以電站建設(shè)費作為基價的固定電費制度, 即把營業(yè)費加上事業(yè)報酬全部作為基本費用, 用來計算總費用。電力公司在租賃協(xié)議中, 明確租賃費用、電站運行責任、電網(wǎng)調(diào)度要求等, 租賃費的支付與考核掛鉤。租賃費作為電力公司購電費的一部分,在銷售價格中明確。
(2) 內(nèi)部核算制。 日本電力公司是發(fā)、輸、配、售一體的體系結(jié)構(gòu), 其擁有大量發(fā)電資產(chǎn), 包括抽水蓄能電站。
由于已按總資產(chǎn)核定了電力公司總收入, 電站作為電力公司內(nèi)部下屬單位, 實行的是內(nèi)部核算模式。 如東京電力公司, 擁有 191 座電站, 裝機容量61.83 GW, 其中抽水蓄能電站 6.80 GW。 東京電力公司按照 191 座電站綜合經(jīng)濟效益最優(yōu), 安排電站經(jīng)濟運行, 抽水蓄能電站與其他電源形成了很好的效益互補。 其經(jīng)濟價值在電力公司內(nèi)部統(tǒng)一核算。
2 英國
2.1 電力改革概況
1990 年英國實行電力改革, 從根本上對電力公司進行了結(jié)構(gòu)改組, 在運營方式上也進行了全面改革, 將原來發(fā)電、輸電、配電統(tǒng)一經(jīng)營的中央發(fā)電局分成 3 個部分:
(1) 發(fā)電部分。建立了獨立經(jīng)營的國家電力國際公司、國家發(fā)電公司、國家核電公司和一些獨立的私人發(fā)電企業(yè)。
(2) 輸電部分。 建立了國家電網(wǎng)公司, 主要是掌握輸電網(wǎng)和調(diào)度中心, 并控制與法國、蘇格蘭的互聯(lián)工程。
(3) 配電部分。 組建了 12 個地區(qū)性獨立經(jīng)營的電力( 配電) 公司, 有部分地區(qū)性公司也具備發(fā)電能力; 在一些地區(qū)還存在一些獨立( 私營) 的供電公司,直接從事售電業(yè)務。
2.2 抽水蓄能電站運營情況
目前, 英國發(fā)電側(cè)已完全市場化, 由雙邊交易和提前 1 h 的平衡市場組成, 市場的競價結(jié)果決定發(fā)電站效益。 總裝機容量 75.00 GW 以上, 最大負荷56.00 GW 以上, 年售電量 310.0 TW ˙h 以上。 發(fā)電構(gòu)成為煤電約占 38%, 核電占 31%, 天然氣電力占27%, 其他電力占 4%。 水力發(fā)電主要集中在蘇格蘭地區(qū), 其容量有限。 英國燃氣電站容量大, 是電網(wǎng)的主力調(diào)峰手段。 抽水蓄能電站相對于燃氣電站容量較少, 主要承擔尖峰負荷、容量備用等任務。
2.3 抽水蓄能電價機制
由于抽水蓄能機組的技術(shù)特性和在電網(wǎng)中的特殊作用, 在英國電力市場中, 專門制定了抽水蓄能機組的競價模式和電價機制, 明確抽水蓄能電站收入由 2 部分組成( 類似于我國的兩部制電價) : 年度交易中的固定收入( 固定部分) 與競價交易中的電量銷售收入( 變動部分) 。
(1) 固定部分。固定部分基于抽水蓄能電站 2 部分作用的補償, 一部分是對承擔電網(wǎng)輔助服務, 即快速響應、調(diào)頻調(diào)相、黑啟動以及備用等作用的補償,該補償按輔助服務機制計算得出, 按年一次性支付;另一部分是對于抽水蓄能機組參與調(diào)峰、填谷后, 保障了基荷機組的平穩(wěn)運行、 提高了基荷機組的經(jīng)濟效益, 所作貢獻的補償, 該補償簽訂年度合同明確固定電量和固定電價, 固定電量根據(jù)雙邊市場平衡差額確定( 即調(diào)峰電量) , 固定電價即調(diào)峰電價, 一般較高。在英國電力市場中, 把這個固定部分稱為容量補償, 需與國家電網(wǎng)公司簽訂補償協(xié)議。
英國電網(wǎng)全年簽訂的補償容量是 2.00 GW。 英國 第 一 水 電 公 司 提 供 了 960 MW, 占 48%, 其 中Ffestiniog 電站 360 MW, Dinorwig 電站 600 MW。 英國第一水電公司的補償收入中, 固定收入部分占該公司全年總收入的 70%～ 80%( 其中輔助服務固定費約占 70%) , 變動部分只占 20%～ 30%。
(2) 變動部分。抽水蓄能電站通過參加電力平衡市場交易獲得變動部分收入, 但與一般機組有所不同, 主要承擔尖峰負荷, 所報價格是響應尖峰負荷的價格, 一般是基荷價格的幾倍。抽水蓄能電站與同樣能承擔尖峰的機組競價, 具有一定的競爭優(yōu)勢。通過競價交易獲得電量銷售收入, 這部分收入隨著不同時段、不同報價而變動, 完全依靠市場需求和競價交易獲得。
3 美國
3.1 電力改革概況
1992 年公布聯(lián)邦新能源法, 1996 年聯(lián)邦能源管理委員會( FERC) 頒布第 888 號及 889 號法令, 開始對垂直一體化的公用電業(yè)進行體制改革。 聯(lián)邦法規(guī)要求在發(fā)、輸、配電各環(huán)節(jié)都進行自由、公平的競爭,建立開放的電力躉售市場及零售市場, 規(guī)定廠網(wǎng)分開經(jīng)營, 開放輸電網(wǎng)絡, 實行電網(wǎng)服務收費等原則。基于美國的聯(lián)邦體制, 各州對電力改革的模式、進度及實施方法等都有權(quán)自行立法, 因此, 各州電力市場的設(shè)計方案、規(guī)則及電業(yè)改革的進度都不相同。
3.2 抽水蓄能電站運營情況
美國抽水蓄能電站年發(fā)電利用小時數(shù)差別 很大, 部分電站年發(fā)電利用小時數(shù)較高, 最高達 1 953 h,在系統(tǒng)中主要承擔調(diào)峰填谷、 促進電力系統(tǒng)合理經(jīng)濟運行的任務。 有一半抽水蓄能電站年發(fā)電利用小時數(shù)少于 1 000 h, 最少的全年僅 34 h, 它們在系統(tǒng)中除參加調(diào)峰, 主要擔負調(diào)頻、調(diào)相、提高電壓穩(wěn)定性和供電質(zhì)量并承擔事故備用。
此外, 美國多數(shù)抽水蓄能電站每天工況轉(zhuǎn)換次數(shù)大多在 6 次以上, 它們在電力系統(tǒng)運行中相當活躍, 充分發(fā)揮其動態(tài)效益。
3.3 抽水蓄能電價機制
由于美國各州電力體制改革的方式不同, 抽水蓄能電站在各州的運營存在差異。目前, 美國的抽水蓄能電站大部分由電網(wǎng)公司建設(shè)和經(jīng)營, 電價機制主要存在以下 3 種:
(1) 電網(wǎng)統(tǒng)一經(jīng)營。對于由電網(wǎng)公司建設(shè)和擁有的抽水蓄能電站, 實行的是電網(wǎng)統(tǒng)一核算方式, 抽水蓄能電站的運行成本以及合理回報等一并計入電網(wǎng)公司銷售電價中, 通過銷售電價回收成本。
(2) 參與電力市場競價。美國加州在電力市場外設(shè)立了以競價為基礎(chǔ)的輔助服務市場。 抽水蓄能電站可在電力市場和輔助服務市場間進行策略選擇,以獲得最大收益。
(3) 租賃制。 美國 Summit 抽水蓄能電站采用電網(wǎng)租賃經(jīng)營模式。在電站建設(shè)前, 電站投資方與俄亥俄州電力公司簽訂備忘錄, 就電站的租賃容量、電力系統(tǒng)服務輔助設(shè)施以及調(diào)度控制等方面達成協(xié)議,最大程度上降低抽水蓄能電站的運營風險, 并以此作為貸款保證。 電站要保證租賃期間的設(shè)備可用率和機組啟動成功率。 而電站運行中的維修費用以及低谷抽水用電都由承租者提供。因此, 容量租賃費實際上只包括建設(shè)投資的償還以及投資者的利潤。 租賃費用通過市場峰谷電價及不同供電質(zhì)量的費用差異回收。
4 結(jié)論和建議
(1) 建設(shè)一定規(guī)模的抽水蓄能電站是十分必要的。 國外學者對抽水蓄能電站的功能和作用, 進行了大量研究和經(jīng)濟評價, 充分肯定了抽水蓄能電站的重要價值, 因此抽水蓄能電站的建設(shè)在國外得到了迅速發(fā)展。 特別是日本, 優(yōu)先選擇抽水蓄能機組作為調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、事故備用等主要手段, 較快地發(fā)展了抽水蓄能電站, 抽水蓄能電站容量已達到24.00 GW, 占日本總裝機容量 10%以上。 而我國抽水蓄能電站建設(shè)尚處于發(fā)展初期, 容量不足 6.00 GW,不到全國總裝機容量的 2%。 盡管如此, 對抽水蓄能電站的作用、 價值以及如何發(fā)展, 仍存在著不同觀點。 在我國節(jié)約能源、保護環(huán)境的形勢下, 適度發(fā)展抽水蓄能電站是非常必要的。但是, 應結(jié)合我國各個區(qū)域電源結(jié)構(gòu)、負荷狀況以及電網(wǎng)需求, 統(tǒng)一規(guī)劃,統(tǒng)一布點, 按一定比例適度建設(shè)。
(2) 需要加大抽水蓄能電價機制研究, 制定出符合我國電力體制的抽水蓄能電價機制, 使抽水蓄能電站的作用得到充分發(fā)揮。 盡管日本、英國、美國等國的電力體制不同, 抽水蓄能電價模式也不同, 但是對抽水蓄能電站的技術(shù)特性和作用的認識是相同的, 在制定各自的電價機制中, 都給予了充分體現(xiàn),使得其抽水蓄能電站運營狀況良好, 對電網(wǎng)也起到了安全穩(wěn)定的支撐。 我國前期運行的幾座抽水蓄能電站, 大體采用了 3 種電價模式: 單一電量電價( 響洪甸電站) 、兩部制電價( 天荒坪電站) 、租賃經(jīng)營方式( 廣蓄電站) , 這些電站運營狀況良好。 但是, 近幾年我國抽水蓄能電站建設(shè)速度加快, 不少 GW 級的大型抽水蓄能電站陸續(xù)建成, 迫切需要深入研究適合我國國情的電站運營模式和價格機制, 以便引導抽水蓄能電站的發(fā)展。
(3) 研究和確定抽水蓄能電站經(jīng)濟效益的量化評價標準, 是我國抽水蓄能電價機制的核心問題。抽水蓄能電站在電網(wǎng)中的作用不同于其他電站, 其提供的輔助服務如何評價、 快速的響應速度對電網(wǎng)穩(wěn)定的作用如何評價、經(jīng)濟蓄能的作用如何計算等, 這一系列靜態(tài)效益和動態(tài)效益的量化分析, 是評價抽水蓄能電站經(jīng)濟效益的關(guān)鍵, 也是制定價格機制的核心。
上述 3 個國家, 采用了不同的價格機制, 但都較好地解決了抽水蓄能電站經(jīng)濟效益的量化問題,使得這 3 個國家抽水蓄能電站健康發(fā)展并發(fā)揮了積極作用。鑒于此, 我們應該開展多層次的學術(shù)研究和探討, 科學評價抽水蓄能電站的作用, 并制定出量化的標準, 用于引導我國抽水蓄能電站健康發(fā)展。
(4) 從日本、英國、美國的電力體制狀況和抽水蓄能運營模式和電價機制可見, 英國的抽水蓄能電價相當于一種兩部制電價機制; 日本的租賃制, 弱化了電量競爭、強化了容量效益的模式; 美國的抽水蓄能電價機制隨各州電力市場模式的不同而有所不同, 但總體上仍體現(xiàn)了容量和電量的 2 部分收益。從國外經(jīng)驗來看, 抽水蓄能電站在電網(wǎng)中發(fā)揮著不可替代的作用, 建立一個符合我國電力體制實際的抽水蓄能電站建設(shè)和運營體系, 確保抽水蓄能電站充分發(fā)揮作用是十分迫切的。
