一 抽水蓄能的資源價值
抽水蓄能是一種經(jīng)濟資源。抽水蓄能可以把低價值能源轉(zhuǎn)換成高價值能源，可以優(yōu)化系統(tǒng)能源資源的利用，實現(xiàn)對不同價值、不同質(zhì)量電能的時空移動，可以產(chǎn)生比他消耗的能源多得多的經(jīng)濟價值。
抽水蓄能是系統(tǒng)中一種不可缺少的特殊生產(chǎn)資源，依托于電力系統(tǒng)的高可靠性、頂峰填谷、調(diào)頻調(diào)相等客觀需求而存在的。常規(guī)電源有其調(diào)節(jié)約束，不能完全滿足系統(tǒng)在故障等運行工況下的調(diào)節(jié)需求，需要備有一定容量的抽水蓄能，以備系統(tǒng)可以動態(tài)的隨時的調(diào)用以應(yīng)對其客觀特性。
抽水蓄能站址資源本身是一種稀缺資源。抽水蓄能站址選擇受制于外部環(huán)境因素，對水頭、地質(zhì)等要求較高，地理位置、自然條件優(yōu)良的站址有限。如同煤炭、石油及常規(guī)水電資源一樣，抽水蓄能站址資源本身是一個國家的稀缺資源。
二 抽水蓄能電站功能作用
1.保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行和電力有序供應(yīng)
(1)充當事故應(yīng)急電源，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。系統(tǒng)發(fā)生大功率缺失后，為了保障頻率穩(wěn)定、控制潮流在運行限額內(nèi)，需要及時增加發(fā)電出力。相比煤電、氣電，抽水蓄能機組啟動時間短、調(diào)節(jié)速率快，可在一分鐘左右從停機開至滿發(fā);相比常規(guī)水電，抽水蓄能電站更靠近負荷中心，大幅增發(fā)不影響系統(tǒng)穩(wěn)定，且支撐系統(tǒng)電壓的作用更強。因此，抽水蓄能已經(jīng)成為電力系統(tǒng)中最優(yōu)先調(diào)用的應(yīng)急電源，在多次重大事故處理時緊急開機滿發(fā)，有力地保障了系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，是安全保底電力系統(tǒng)的重要組成部分。
抽水蓄能機組在應(yīng)對北京“5.29”燃氣機組大規(guī)模停機事件中，為保障首都電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行發(fā)揮重要作用。2019年5月29日，北京地區(qū)燃氣機組因燃氣壓力低發(fā)生大規(guī)模停機事件，北京電網(wǎng)受電比例及各分區(qū)主變負載率迅速上升，網(wǎng)內(nèi)電壓支撐能力不足，系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行受到嚴重威脅。事故處置過程中，華北電力調(diào)控分中心迅速開啟十三陵抽水蓄能機組，有效緩解功率缺額、主變負載率過快上升及電壓支撐能力不足等問題，為保障首都電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行發(fā)揮重要作用。
抽水蓄能機組在英國“8.9”大停電事故中，為迅速恢復(fù)系統(tǒng)至正常運行狀態(tài)發(fā)揮重要作用。當?shù)貢r間2019年8月9日傍晚，英國發(fā)生大面積停電事故，波及包括首都倫敦在內(nèi)的英格蘭、威爾士等大片地區(qū)，造成約100萬用戶停電。事故處置過程中，英國電網(wǎng)調(diào)度機構(gòu)積極采取措施，調(diào)用抽水蓄能機組等快速響應(yīng)能力，短時增加出力124萬千瓦，迅速恢復(fù)頻率至50Hz，恢復(fù)系統(tǒng)至正常運行狀態(tài)。
(2)作為黑啟動電源，在大停電發(fā)生后及時恢復(fù)供電。近年來，美國、英國、印度、巴西等國發(fā)生的大停電事故警示我們，發(fā)生大面積停電的風險始終存在，電力系統(tǒng)中須配置一定規(guī)模的黑啟動電源。抽水蓄能電站上庫蓄能可靠、啟動速度快、發(fā)電出力調(diào)節(jié)靈活、可持續(xù)供電時間長，是系統(tǒng)首選的黑啟動電源，可為保障極端事故下的電力系統(tǒng)快速有序恢復(fù)提供有力支撐。
(3)承擔系統(tǒng)尖峰負荷，保障電力有序供應(yīng)，容量效益明顯。我國電力電量平衡格局總體呈現(xiàn)“電量平衡有余，季節(jié)性用電高峰期間電力平衡能力偏緊”的特點。充分發(fā)揮抽水蓄能電站容量效益，保障系統(tǒng)迎峰度夏期間尖峰負荷供給，減少了系統(tǒng)為應(yīng)對短時尖峰負荷的燃煤等機組裝機容量。
例如，2017、2018年，“三華”電網(wǎng)負荷大于97%當年最大負荷的小時數(shù)約在30小時左右，占全年時長比重在0.3%左右;大于95%當年最大負荷的小時數(shù)約在50小時左右，占全年時長比重在0.6%左右。在夏季大負荷期間，華東電網(wǎng)抽水蓄能電站總體呈現(xiàn)“兩抽三發(fā)”或“三抽三發(fā)”方式運行，華北、華中電網(wǎng)抽水蓄能電站總體呈現(xiàn)“一抽兩發(fā)”方式運行，有力的保障電力平衡，減少了用戶有序用電。
2.提升清潔能源利用水平
抽水蓄能削峰填谷作用明顯，可有效助力系統(tǒng)消納清潔能源。一是抽水蓄能電站頂峰發(fā)電的能力，可減少常規(guī)機組開機方式，降低系統(tǒng)中常規(guī)機組的最低技術(shù)出力，為消納清潔能源騰出空間。二是棄電時段，抽水蓄能電站可以抽水儲能，將棄電量存儲起來，提升清潔能源利用水平。此外，抽水蓄能調(diào)節(jié)迅速靈活，是應(yīng)對高比例新能源系統(tǒng)有功波動性變大的有效手段。
(1)提升新能源利用水平，實現(xiàn)新能源消納“雙升雙降”。夜間低谷時段風電消納、午間平峰時段光伏消納困難。充分發(fā)揮抽水蓄能電站頂峰填谷優(yōu)勢，電站在中午平峰、后夜低谷時段抽水使用頻繁，有效助力新能源消納。
華東電網(wǎng)光伏裝機超4000萬千瓦，僅次于西北電網(wǎng)，午間光伏大發(fā)時段電網(wǎng)調(diào)峰困難，安徽電網(wǎng)“凈負荷”曲線已呈現(xiàn)“鴨形曲線”。安排江蘇宜興、桐柏，浙江仙居，安徽響洪甸等抽水蓄能電站在午間增加一次抽水，可幫助華東地區(qū)實現(xiàn)新能源全額消納。
東北電網(wǎng)新能源裝機超4000萬千瓦，夜間低谷時段風電消納困難。東北電網(wǎng)蒲石河、白山抽水蓄能電站配合風電運行頻繁啟停，其中蒲石河電站在所有大中型電站中日臺均啟動次數(shù)最高，幫助東北地區(qū)新能源利用率維持98%以上。
華北電網(wǎng)風電、光伏裝機均超4000萬千瓦。在棄電時段，積極調(diào)用山東泰山、河北張河灣、山西西龍池等抽水蓄能電站，幫助華北地區(qū)新能源利用率在98%以上。
(2)提升華東電網(wǎng)消納區(qū)外清潔電力能力。每年三季度為西南、華中地區(qū)汛期，水電外送需求大，華東電網(wǎng)受入的復(fù)奉、錦蘇、賓金及三峽送出直流等跨區(qū)系統(tǒng)持續(xù)高功率運行，基本不參與受端調(diào)峰，夜間負荷低谷時段華東電網(wǎng)調(diào)峰壓力大。加大華東地區(qū)抽水蓄能電站低谷抽水電力，最大抽水電力超800萬千瓦，接近滿抽，幫助華東地區(qū)消納區(qū)外清潔電。
(3)有效應(yīng)對新能源裝機占比持續(xù)提升給系統(tǒng)帶來的調(diào)節(jié)壓力。隨著系統(tǒng)中新能源裝機比例持續(xù)增大，系統(tǒng)有功波動性變大，極大增加了系統(tǒng)調(diào)節(jié)難度，需要靈活調(diào)節(jié)電源配合運行。充分發(fā)揮抽水蓄能電站啟停迅速、調(diào)節(jié)靈活的特點，機組利用方式逐漸由計劃性的啟停調(diào)峰向根據(jù)系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻實際需要靈活啟停轉(zhuǎn)變，以更好的發(fā)揮促消納、保安全作用。2019年，新能源裝機占比較大的華北、東北地區(qū)，電站啟動次數(shù)同比增長7.9%、11.4%。
3.改善系統(tǒng)發(fā)、配、用各環(huán)節(jié)性能
(1)提升火電核電水電的綜合利用率，降低系統(tǒng)能耗。隨著負荷峰谷差拉大及新能源大規(guī)模接入，系統(tǒng)調(diào)峰需求逐漸擴大。如全由火電、核電承擔調(diào)峰任務(wù)，會增加系統(tǒng)安全隱患，并降低發(fā)電設(shè)備運行效率。利用抽水蓄能電站調(diào)峰，能夠減輕其他電源的調(diào)峰壓力，提升系統(tǒng)效率。對于火電，抽水蓄能電站分擔調(diào)峰任務(wù)，不僅可以減少煤電機組參與深度調(diào)峰及啟停調(diào)峰的次數(shù)，還能提高煤電帶基荷、腰荷的時間及負荷率，兩者均可提升煤電機組效率，降低煤耗。對于核電，核電頻繁參與系統(tǒng)調(diào)峰，不僅增加機組控制難度，加大人因失誤風險，影響設(shè)備可靠性，同時也會顯著提高核電的發(fā)電成本，建設(shè)適當規(guī)模的抽水蓄能電站與核電配合運行，可解決核電在基荷運行時的調(diào)峰問題，提高核電站的運行效益。對于常規(guī)水電，汛期水電大發(fā)時，若要利用水電調(diào)峰則會造成棄水，利用抽水蓄能電站的調(diào)峰填谷功能，能夠減少或避免汛期棄水，提高水電經(jīng)濟效益。
(2)配電側(cè)促進分布式發(fā)電順利并網(wǎng)。大量分布式電源接入電力系統(tǒng)，會帶來配電網(wǎng)局部電壓升高和向主網(wǎng)送電能力受限問題，影響配電網(wǎng)正常運行。抽水蓄能配合分布式發(fā)電聯(lián)合運行，利用抽水蓄能電站的電壓調(diào)節(jié)和電能存儲能力，能夠解決分布式電源接入后引起的高電壓問題，緩解配電網(wǎng)輸送容量約束，有效提升系統(tǒng)接納分布式發(fā)電的能力。
(3)減少頻率偏差，提升了用戶側(cè)電能質(zhì)量。為滿足國家規(guī)定的電力系統(tǒng)頻率要求，電網(wǎng)所選擇的調(diào)頻機組必須具備反應(yīng)靈敏的特點，及時調(diào)整出力適應(yīng)負荷瞬時變化。由于抽水蓄能機組啟停迅速、運行靈活可靠，且能大范圍調(diào)整出力，能很好地適應(yīng)系統(tǒng)負荷急劇變化的趨勢，提高電網(wǎng)頻率合格率。以京津唐電網(wǎng)為例，在興建十三陵抽水蓄能電站前，其調(diào)頻任務(wù)由原來的陡河火電廠和大同第二火電廠承擔，由于燃煤火電機組受設(shè)備的限制，對電網(wǎng)頻率的急劇變化適應(yīng)能力差，導致頻率合格率僅為98%左右，而在十三陵、潘家口等抽水蓄能電站投產(chǎn)后，頻率合格率提升至99.99%以上，除了電網(wǎng)規(guī)模擴大和供電狀況有所好轉(zhuǎn)外，抽水蓄能電站參與電網(wǎng)調(diào)頻起了重要作用。
三 抽水蓄能電站具備公共產(chǎn)品屬性
1.公共經(jīng)濟學對社會產(chǎn)品的劃分
按照公共經(jīng)濟學的理論，所有的社會產(chǎn)品都可歸為3類：私人產(chǎn)品、公共產(chǎn)品和準公共產(chǎn)品。
私人產(chǎn)品主要有2個特征：首先是消費的競爭性，即A先生對某一物品的消費，肯定會減少B先生對此產(chǎn)品的消費;其次是消費的排他性，即所有者和受益者明確，不存在他人“搭便車”的可能性。公共經(jīng)濟學通常以面包作為典型例證：只有一個面包，A多吃一口，B就得少吃一口;如果A為占有者，除非A準許，否則B就不能享用。
公共產(chǎn)品的性質(zhì)與私人產(chǎn)品正相反，它們也有2個特征：第一是消費或使用上的非競爭性。公共產(chǎn)品一經(jīng)產(chǎn)出，就如陽光普照大地一樣，A多曬一會兒太陽，并不會影響B(tài)對日光浴的享受。第二是受益上的非排他性。一旦太陽高高升起，在其光輝照耀的范圍內(nèi)，所有的人都可便捷地享用其帶來的明亮和溫暖。對這種享用進行限制，即便有什么意義，也因所需成本太高而不具有可行性。典型的公共產(chǎn)品有國防、治安、市區(qū)道路等。
準公共產(chǎn)品的特征居于私人產(chǎn)品和公共產(chǎn)品之間。
2.抽水蓄能是電力系統(tǒng)的公共產(chǎn)品
從公共經(jīng)濟學角度，抽水蓄能提供的保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行、提升清潔能源利用水平、改善系統(tǒng)發(fā)電配電用電各環(huán)節(jié)性能(簡稱為“保安全、促清潔、提性能”)具備消費非競爭性和受益非排他性兩個特征。
消費非競爭性體現(xiàn)在，抽水蓄能的保安全功能惠及系統(tǒng)內(nèi)所有用戶，一部分用戶的安全可靠用電，并不會降低系統(tǒng)對另一部分電力消費者的供電質(zhì)量;抽水蓄能提升清潔能源利用水平，既有利于促進國家能源清潔轉(zhuǎn)型，也有利于“綠水青山”國家戰(zhàn)略的實現(xiàn)，而環(huán)境改善惠及的是所有人而不是某一部分人;抽水蓄能電站能夠同時多種輔助服務(wù)，改善發(fā)電環(huán)節(jié)性能并不妨礙促進分布式發(fā)電并網(wǎng)和提升用戶側(cè)電能質(zhì)量。
受益非排他性體現(xiàn)在，在保安全方面，系統(tǒng)沒有可行的手段對用戶厚此薄彼，將一些用戶排除于系統(tǒng)的安全與可靠性之外;在促清潔方面，抽水蓄能有助于使所有人生活在優(yōu)美的環(huán)境中，要讓某些人不能享受到優(yōu)美環(huán)境的好處是不可能的;在提性能方面，要讓電力系統(tǒng)某一環(huán)節(jié)獨享抽水蓄能的服務(wù)而阻礙其他環(huán)節(jié)享受相應(yīng)服務(wù)，從技術(shù)上看不可行，從經(jīng)濟上看不合算。
從服務(wù)對象角度，抽水蓄能電站服務(wù)的是電力系統(tǒng)全環(huán)節(jié)而非某一單獨主體或環(huán)節(jié)。電力行業(yè)屬于公用事業(yè)，電力系統(tǒng)依靠公共管理才能運行，而抽水蓄能電站提供“保安全、促清潔、提性能”等功能又主要服務(wù)于電力系統(tǒng)的公共管理。
綜合以上兩方面因素，抽水蓄能作為電力系統(tǒng)的“穩(wěn)定器”“調(diào)節(jié)器”“平衡器”，所提供的的調(diào)峰填谷、備用、調(diào)頻、調(diào)相、黑啟動等服務(wù)，是為了確保整個電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，抽水蓄能電站提供的產(chǎn)品相當于電力系統(tǒng)的公共產(chǎn)品。
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