抽水蓄能电站减碳效益研究

车玉光

摘要：抽水蓄能电站是当前电力系统最为成熟可靠的主力调节电源，是建设新型电力系统的基础保障和重要组成部分。不同于常规电源以生产电量为主要效益体现和来源的是，抽水蓄能电站的作用与价值更多体现在调频、调压、系统备用、黑启动等电网辅助与公共服务上。在《进一步完善抽水蓄能价格形成机制的意见》（发改价格〔2021〕633号）文及电力市场化改革加快推进背景下，研究将抽水蓄能电站的禀赋价值更好地转变为现实收益是促进抽水蓄能行业发展的一条重要路径。除了发改价格〔2021〕633号文件明确的收益方式外，本文研究如何将抽水蓄能电站的减碳价值量化转换为直接收益。在综合比较的基础上，推荐应用权威的区域电网碳排放因子计算法进行抽水蓄能电站减碳效益的量化分析，并在文中给出较为科学的量化计算公式。

关键词：抽水蓄能；价格机制；减碳效益；量化核算；碳排放因子

1减碳行动

1948年12月，着眼于人类发展进步，联合国颁布《世界人权宣言》，对地球人类如何争取、维护、改善和发展自身权益提出指导，形成遵循。该宣言指出，建设一个人人免于匮乏的世界乃是普通人的最高愿望之一。近代科学技术的迅猛发展催生了工业革命，工业革命极大地提高了社会生产力。科技进步与工业发展为建设一个人人免于匮乏的世界打下了基础，提供了保障。和科技进步与工业发展相伴随的是，人类空前规模地利用能源，改造和利用环境。利用能源，改造和利用环境带来的负面效应，逐渐被人们所认知。“在现代，如果人类明智地改造环境，可以给各国人民带来利益和提高生活质量；如果使用不当，就会给人类和人类环境造成无法估量的损害”。

1972年6月，联合国发布《联合国人类环境会议宣言》，形成七点共同看法和二十六项原则，环境问题由此上升为国际问题并形成全球共识。在环境问题上，除了空气、水源、土壤污染之外，大量利用化石能源，从而导致温室气体增加的危害最具有全球普遍性和相互联系。1992年5月，150多个国家以及欧洲经济共同体共同签署形成了《联合国气候变化框架公约》（以下简称《公约》）。《公约》明确要将大气温室气体浓度维持在一个稳定的水平，在该水平上确保人类活动对气候系统的灾难性干扰不会发生。工业发达国家较早开始碳排放并积累至今。

作为发展中国家，中国于1992年11月批准《联合国气候变化框架公约》。1994年3月《公约》生效后，中国同步开始履行《公约》规定的义务。20世纪中叶以来，全球平均温度的升高主要是由化石燃料燃烧和土地利用变化等人类活动增排的温室气体导致的。当前，全球变暖趋势仍在持续，中国北方地区极端降雨天气正在增加。气象监测数据表明，2020年，全球平均温度较工业化前水平（1850～1900年平均值）高出1.2℃。2011～2020年，是1850年以来最暖的十年。2020年，亚洲陆地表面平均气温比常年值偏高1.06℃，是20世纪初以来的最暖年份。按照1997年国际签署的《京都议定书》的约定，二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、氢氟碳化物（HFCs）、全氟碳化物（PFCs）及六氟化硫（SF6）等六种气体是人类需要共同削减的温室气体。在这六种温室气体中，二氧化碳是人类活动排放的主体，是全球升温的最大影响因子。控制温室气体排放主要就是要减排二氧化碳。当前，我国已是全球最大的能源生产国与消费国。自2006年起，我国已成为全球最大的碳排放国。2019年，中国一次能源生产总量达39.7亿t标准煤，煤炭消费占能源消费总量的57.7%，碳排放处于高位。习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。减碳国策既是中国对国际社会与地球环境的承诺，也是对我国经济转型升级、提质增效的倒逼。在达成目标与保持发展矛盾中，中国的减排减碳任务迫切而艰巨。

2电力减碳与新型电力系统

2.1减碳与新型电力系统。中国控制温室气体排放行动目标包括单位国内生产总值CO2排放和非化石能源占一次能源消费比重2项指标。当前，我国化石能源占一次能源比重为85%，产生的碳排放约为每年98亿t，占全社会碳排放总量的近90%。中国碳排放总量占全球比重达29%，人均碳排放量比世界平均水平高46%。电力是直接使用一次能源最大的行业，电力行业的减碳行动对减碳国策具有重大影响。有效利用水能、风能、太阳能等非化石一次能源，提升利用非化石一次能源生产电能的比重，提升电力系统调度运行效能，是电力行业助力减碳行动的三大着力点。2021年3月15日，中央财经委员会第九次会议研究部署实现“碳达峰、碳中和”的基本思路和主要举措时指出，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。电力系统从未停止过创新发展和更新换代。当前提出建设新型电力系统的不同之处就在于，着眼于生态文明与人类可持续发展，依托电力这一能源核心与平台，以减碳、零碳（近零碳）利用能源为终极目标。为实现这一目标，加大风电与光伏发电开发是毫无争议的选项，而风能与光伏太阳能的随机性与波动性决定了电力系统需要配套加大储能项目建设。在当前技术条件下，抽水蓄能是电力系统最佳储能与调节选项。

2.2新型电力系统中的抽水蓄能。电站电网是电力系统的“桥梁”和“纽带”，在建设新型电力系统过程中，电网的核心作用将更加突出。新型电力系统需解决高比例新能源接入下系统的随机性与波动性问题，需增强电网大范围配置资源的能力。经过不断发展，当前的电网架构已逐步形成大网与分布式能源系统、微电网、交直流混合电网共存并紧密联系的格局。新型电力系统建设将进一步推高电网的“双高”特性。一方面风力与太阳能发电大规模接入电网，电网由此具有了以间歇性、波动性、不稳定性为主要特性的高比例清洁能源接入特性。另一方面供给侧新能源及直流电网接入，负荷侧充电汽车及大型变频电机接入，使得电网中增加了大量电能变换和控制电路方面的大功率电子器件（高比例电力电子设备）。电力电子装置具有增大变压器电压降，降低了电网系统供电质量的特性。为应对这些变化，电网系统中的抽水蓄能需发挥更为突出的作用。当前，国网新源控股有限公司（以下简称国网新源公司）将抽水蓄能电站总结为六大功能：调峰、调频、调相、储能、系统备用与黑启动；五大经济技术优势：容量大、工况多、速度快、可靠性高与经济性好；三大基础作用：保障大电网安全、促进新能源消纳与提升全系统性能。

结束语

减碳离不开新型电力系统建设，新型电力系统建设离不开抽水蓄能的加快发展。市场化收益是抽水蓄能发展的客观需求与根本方向。2021年7月16日，全国碳排放权交易在上海环境能源交易所正式启动并形成实质性交易，2225家重点排放电力企业进入市场。以此为标志，市场主体减碳能力的经济量化与市场化将会加速与普及。当前，多方条件均已具备，落实抽水蓄能电站减碳效益量化核算正当其时，意义重大。希本文的研究成果能给管理层及政策制定者一个新的参考视角，一个对“发改价格〔2021〕633号”文可能的补充建议。通过各方努力，更好发展抽水蓄能，加快建设新型电力系统，更早达成“双碳”目标。

参考文献：

[1]尤培培，刘思佳.我国抽水蓄能价格政策演变及深化建议[EB/OL].（2021-06-25）[2021-09-10].https：//mp.weixin.qq.com/s/DcDZNwMw2cZYX1NOMqlLhw.

[2]刘振亚.实现碳达峰碳中和的根本途径[N].学习时报，2021-03-17.