关于抽水蓄能项目经济评价方法的思考

冯海超，张 毅，宋自飞，樊志伟，陈同法

（1.华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司，浙江省安吉县 3133021；2.国网新源控股有限公司北京十三陵电厂，北京市 102200；3.广东省水利电力勘测设计研究院，广东省广州市 510635；4.国网新源控股有限公司，北京市 100761）

关于抽水蓄能项目经济评价方法的思考

冯海超1，张 毅2，宋自飞3，樊志伟4，陈同法4

（1.华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司，浙江省安吉县 3133021；2.国网新源控股有限公司北京十三陵电厂，北京市 102200；3.广东省水利电力勘测设计研究院，广东省广州市 510635；4.国网新源控股有限公司，北京市 100761）

经济评价是抽水蓄能项目投资决策的重要依据。近年来，我国电力系统发展升级以及抽水蓄能自身快速发展，抽水蓄能项目经济评价的技术基础即“效益”发生了较为显著的变化。本文基于对抽水蓄能本质功能的分析，对改进抽水蓄能项目经济评价方法提出建议。

能源；抽水蓄能；项目；经济；评价

0 引言

经济评价是抽水蓄能项目投资决策的重要依据。近年来，我国电力系统快速发展以及抽水蓄能自身技术条件显著变化，抽水蓄能项目经济评价的技术基础，以及相应的“效益”发生了较为显著的变化，加之抽水蓄能电站电价机制不明确，基于传统方法的抽水蓄能项目经济评价工作遇到了较大的困难，一定程度上影响了其投资决策支撑功能的发挥。

1 我国抽水蓄能项目经济评价工作的主要问题

当前，抽水蓄能项目经济评价工作的主要问题是基于“节煤”理论对抽水蓄能电站作价值判断，与当前电力系统和抽水蓄能电站的技术基础不尽相符，致使评价结论的可靠性受到影响[1]。具体来说，主要体现在以下四个方面：

一是对抽水蓄能低谷调峰的技术特征描述不准确。传统算法以节省常规火电机组煤耗而不是避免弃风或避免常规火电机组调停/重启来计算抽水蓄能的低谷调峰价值，与抽水蓄能机组低谷调峰的技术实质脱节。

二是对抽水蓄能容量价值的评价没有充分考虑其生效条件。通常，无论抽水蓄能电站所在电力系统既有装机容量与负荷需求的供求关系如何，凡是开展抽水蓄能项目经济评价即计取容量价值，这种做法容易导致经济评价结论虚高。

三是缺失对抽水蓄能机组紧急事故备用功能的认定和估值。抽水蓄能机组紧急事故备用功能，特别是抽水工况下紧急切泵所提供的紧急事故应对功能是抽水蓄能的一项重要功能。现行评价方法没有计取这一功能价值，易导致评价价值偏低。

四是没有妥善处理抽水蓄能不同功能间的效益叠加关系。现行评价方法没有全面考虑有关功能并分别计取价值，易导致评估的价值不充分。

2 抽水蓄能项目经济评价的技术基础

抽水蓄能电站的本质功能是开展抽水蓄能项目经济评价的技术基础。低谷调峰（填谷）和紧急事故备用是抽水蓄能机组的两项本质功能，另外还可以有条件地考虑调峰功能。至于其他一些功能，诸如调频、调相、黑启动等，在开展经济评价过程中，即使忽略不计，也不会影响评价的基本结论[2]。

2.1 调峰

电力系统为了维护正常运行，需要必要的发电装机容量，保证系统高峰期间的负荷及备用需求。抽水蓄能电站可以承担系统负荷高峰期间的发电任务，称为调峰。

抽水蓄能的调峰价值取决于系统高峰负荷的供求关系。一般来说，在电力负荷供需基本平衡，发电容量适度超前的情况下，电站有调峰容量价值；如果该系统既有电力装机供大于求，则拟新建电源的调峰容量价值“打折扣”。

日本2011年大地震后，负荷高峰时段电源容量不足，其抽水蓄能电站即发挥了调峰功能。

2.2 低谷调峰（填谷）

有功平衡是电力系统正常运行所必须遵循的规律。因为电能的生产、输送、分配和使用是同时进行的，所以从整体上讲，发电有功必须随用电负荷的变化及时调整。不同的用电设备呈现不同的负荷特性，但是总体上呈现较为稳定的规律。根据分析周期的不同，用电负荷分别呈现典型的日内、周内和年内负荷变化规律。就对电源的需求而言，电力系统在峰、谷时刻分别呈现完全不同的需求特性。其中，系统低谷时段的核心需求是发电设备尽量降低发电出力水平即低谷调峰能力。

不同类型机组的低谷调峰性能有较大差异。其中，在当前技术条件下，燃煤火电机组约有50%左右的调峰能力，是我国大部分地区的主力调峰电源资源。风电机组的出力受风源制约，一般系统用电高峰期间出力较小，系统用电低谷期间出力较大，呈现典型的“反调峰”特点，必须有相应的其他电源配合运行，以解决其出力与用电需求在时间上不匹配的矛盾。

电力系统的负荷波动分为年度增长、月度波动、周内波动和日内波动几种情况。其中又以日内波动最为关键。因为系统中有大量的不能参与正常调峰的电源类型，如核电、风电、以热定电的供热机组等，当前我国大部分区域的电力系统面临严重的低谷调峰困难，其间需要调停风电机组乃至常规火电机组。

针对电力系统的低谷调峰需求，弃风、调停常规火电机组、建设运行抽水蓄能等不同电源方案的技术效果相当。当前技术条件下，为了满足相同的调峰需求（设为a），要么弃风a，要么停火电2a，要么停燃气机组2a，要么运行抽水蓄能机组0.67a。抽水蓄能电站在调峰填谷中的作用，表现为避免常规火电机组停机/重启调峰[4]。也就是说，抽水蓄能电站的低谷调峰功能取决于系统其他电源的技术经济特性。

对抽水蓄能电站而言，低谷调峰又称填谷。

2017年冬、春季节，我国华北地区大部分抽水蓄能电站即发挥此功能。

2.3 紧急事故备用

电力系统需要一定规模具有快速响应能力、承担紧急事故备用任务的发电设备。抽水蓄能电站可以承担电力系统的紧急事故备用任务。抽水蓄能电站发挥紧急事故应对功能的方式有两种：一是从停机状态紧急启动发电（为表述方便，标记为“紧急事故备用′”），二是在抽水工况紧急切泵，改为停机或发电（标记为“紧急事故备用″”）。

抽水蓄能电站的紧急事故备用价值，取决和依附于电网的安全需求。

传统意义上，抽水蓄能机组承担紧急事故备用功能一般指紧急事故备用′。

2016年，我国华东电网的抽水蓄能电站设置“频率紧急协调控制系统”，即发挥紧急事故备用″。

2.4 抽水蓄能电站不同功能间的兼容

开发抽水蓄能电站，应当以某项本质功能为基础，确定抽水蓄能电站基本功能，进而分析其技术必要性并确定主要技术方案。在确定了基本功能以后，可以根据电力市场的实际情况，有条件地发挥其他方面的功能，充分发挥抽水蓄能电站的综合效用。

2.4.1 以调峰为基本功能的功能兼容

为了保证调峰基本功能，抽水蓄能电站可以在任意方便的时刻（不一定是负荷低谷期间）抽水，为下一轮发电调峰作准备。这种情况下，抽水只是为了下一轮发电调峰作准备，不发挥低谷调峰功能。

如果进一步优化，可以得到以调峰为基本功能的抽水蓄能电站功能兼容运行方式。

（1）调峰+填谷。抽水蓄能电站以调峰为导向，根据系统的需要设置抽水时段，发挥部分低谷调峰功能。即“调峰+填谷”，也就是传统意义上的“调峰填谷”。

（2）调峰+填谷+紧急事故备用"。抽水蓄能机组以调峰为导向，根据系统需要以抽水方式承担系统的填谷功能，同时作为抽水切泵方式的备用工况，承担紧急事故备用″功能。即“调峰+填谷+紧急事故备用″”。

需要说明的是，因为对同一台机组而言，调峰与紧急事故备用′不可兼得，所以“调峰+填谷+紧急事故备用′”是不存在的。

2.4.2 以填谷为基本功能的功能兼容

为保证填谷基本功能，理论上，抽水蓄能电站可以在任意方便的时刻发电腾空上库库容，为下一轮填谷作准备。这种情况下，发电只是为下一轮抽水腾空上库库容，不发挥调峰功能。

如果进一步优化，可以得到以填谷为基本功能的抽水蓄能电站的功能兼容运行方式。

（1）填谷+调峰。抽水蓄能电站以填谷为导向，并根据系统需要安排发电时段，发挥部分调峰功能。即“填谷+调峰”。

（2）填谷+紧急事故备用″+调峰。抽水蓄能机组以抽水方式承担系统的填谷任务，同时作为抽水切泵方式的备用，承担紧急事故备用任务″。在完成抽水任务的前提下，根据系统需要寻求合理的发电机会，承担系统调峰任务。即“填谷+紧急事故备用″+调峰”。

（3）填谷+紧急事故备用″+紧急事故备用′。抽水蓄能机组以抽水方式承担系统的填谷任务，同时作为抽水切泵方式的备用；停止抽水期间，具备以停机转发电方式承担系统紧急事故备用功能′的能力，即“填谷+紧急事故备用″+紧急事故备用′”。至于上库库容何时腾空，不作为约束条件。

2.4.3 以紧急事故备用为基本功能的功能兼容

紧急事故备用分为几种情况。

（1）全天候抽水（紧急事故备用″）。一般情况下，这种做法是不必要的。确有必要时，为了避免上库被抽满，可采用如下方式进行变通：一是同抽同发，即某输水管道上的机组抽水，另一管道上的机组发电，对同一座电站而言抽/发同时进行，以维持上库库容不被抽满；二是发挥区域抽水蓄能电站群的作用，多座电站根据电网的统一调度协同运行。

（2）全天候停机备用（紧急事故备用′）。这是传统意义的承担紧急事故备用功能的抽水蓄能电站的运行方式。优点是避免了抽/发转换损耗，不足是抽水蓄能电站的紧急事故备用功能发挥不充分。

（3）部分时段抽水（紧急事故备用″）。该情况可以分为两种情形：一是以抽水作为基本运行方式（紧急事故备用″），兼容低谷填峰功能，高峰期间以停机备用为主（紧急事故备用′），辅以以腾空上库库容为目的的发电运行。即紧急事故备用″+填谷+紧急事故备用′+以腾空库容为目的的发电运行。二是以抽水作为基本运行方式（紧急事故备用″），兼容低谷填峰功能，高峰期间以调峰为主，即紧急事故备用″+填谷+调峰。

3 抽水蓄能电站的效益和费用

3.1 调峰

3.1.1 调峰效益

根据所在电力系统电力发展规划确定的负荷水平、负荷特性及电源结构，在同等程度满足电力系统电力、电量和调峰需求的基础上，可以以常规火电站的费用作为抽水蓄能方案的效益。也就是说，抽水蓄能电站的调峰功能亦即容量效益，可以用相应常规火电方案的容量投资费用来表示。常规火电站的容量投资主要包括固定成本、投资利润和税金三部分。

以120万kW的抽水蓄能电站为例。与之相应的火电站的容量约为127万kW。设火电站的静态总投资为52亿元（以单位千瓦静态投资为4100元/kW计），则其固定成本（含折旧费、摊销费、固定修理费、保险费、职工工资及福利费等）约为4.5亿元/年；火电站的投资利润（按全部投资收益率8%计）约为4.5亿元/年；税金（增值税除外）约0.2亿元/年。火电站的固定成本、投资利润和税金三项合计9.2亿元。

即，120万kW的抽水蓄能电站的容量价值约为9.2亿元/年。

目前，我国部分地区电力装机供大于求，而且幅度很大，这种情况下，新增发电装机（包括抽水蓄能机组）的边际容量价值接近于0。也就是说，综合考虑抽水蓄能电站所在地区电源与用电负荷的供需关系，120万kW的抽水蓄能电站的容量价值的取值范围为0～9.2亿元。

3.1.2 调峰费用

（1）容量费用。抽水蓄能电站的容量费用包括折旧费、摊销费、年运行费用和利息支出。其中折旧费、摊销费是电站造价的直接反映，与电站造价水平密切相关。以静态投资5000元/kW为例，电站容量费用约为6亿元/年。

（2）抽/发转换损耗。抽发转换损耗是抽水蓄能电站的一项重要经营成本，不同电站应根据调峰运行情况及电价政策以货币方式具体分析计算确定[1]。

3.1.3 风险分析

因为承担调峰功能的抽水蓄能电站以承担相当功能的常规火电站的费用作为其效益，抽水蓄能电站容量价值体现为承担相当功能的常规火电站的费用，所以科技进步、可替代的常规火电站的费用降低，或者系统整体上发电容量供大于求，都会降低调峰功能型抽水蓄能电站的建设必要性和经济价值，是抽水蓄能电站的重要“投资风险”。

3.2 低谷调峰

3.2.1 低谷调峰效益

抽水蓄能电站在低谷调峰中的作用表现为避免弃风或避免常规火电机组停机/重启调峰。因此，避免弃风以及避免停机/重启常规火电机组的效益，即是抽水蓄能机组的低谷调峰功能效益。

（1）避免弃风。弃风的代价是放弃发电的电费损失，主要与电价、弃风小时数以及弃风事件的年度发生概率有关。也就是说，就避免弃风而言，抽水蓄能电站的效益取决于风电与系统峰谷特性共同作用下的弃风概率。这种概率因地区、历史时段而异，需要具体问题具体分析[4]。

（2）避免调停常规火电机组。常规火电机组的调停/重启成本大约为100万元/100万kW（因机组类型、启动方式而略有差异），因“次”发生，与每年的调停/重启总次数有关。也就是说，研究承担低谷调峰功能的抽水蓄能电站的经济效益，需要具体分析电站所在区域系统峰谷特性以及由其衍生的常规火电调停情况[4]。

3.2.2 低谷调峰费用

（1）容量费用。与承担调峰功能的抽水蓄能电站相同，承担低谷调峰功能抽水蓄能电站的容量费用也包括折旧费、摊销费、年运行费用和利息支出。

（2）抽/发转换损耗。为了发挥低谷调峰作用，抽水蓄能需要进行抽/发转换。抽水蓄能电站转换损耗情况，应根据抽水运行情况及电价政策以货币方式具体分析计算确定[1]。

3.2.3 风险分析

与承担调峰功能的抽水蓄能电站类似，承担低谷调峰型抽水蓄能电站的建设必要性和经济性也受技术进步的影响。构成抽水蓄能电站“投资风险”的技术进步主要来源于以下几个方面：一是风电造价降低、弃风成本降低；二是火电机组运行灵活性提升；三是电网联网规模扩大，系统峰谷差被削弱等。

3.3 紧急事故备用

3.3.1 紧急事故备用效益和费用

抽水蓄能电站紧急事故备用功能是电力系统安全运行的重要保障。承担紧急事故备用功能的抽水蓄能电站的建设必要性以及合理建设规模取决于电力系统的需求。

当前技术条件下，尚没有其他技术方案可替代抽水蓄能电站的紧急事故备用功能，特别是抽水工况下紧急切泵所能提供的紧急事故备用功能。这种情况下，抽水蓄能电站的建设必要性和经济评价，应纳入电力系统建设方案一并考虑和计算。

如果随着技术进步，出现抽水蓄能机组紧急事故备用功能的替代方案，则承担该功能的抽水蓄能电站的效益以可替代方案的费用为效益进行计算。具体计算方法，参见上述“调峰”情况。

承担紧急事故应对功能的抽水蓄能的经济效益，除了提供紧急应对作用外，还可以减少或替代常规火电机组的旋转备用，节省燃料费用[1]。

3.3.2 风险分析

电网建设方案优化，特别地，由“强直弱交”向“强直强交”转变，是承担紧急事故用型抽水蓄能电站的主要“投资风险”。

3.4 不同功能的兼容

抽水蓄能电站各主要功能间的兼容情况见表1。

4 结束语

（1）明确抽水蓄能的基本功能是开展抽水蓄能经济评价的基础性工作。抽水蓄能电站的功能随着其服务对象——电力系统的发展而变化，需要具体问题具体分析。

（2）抽水蓄能电站容量价值的评价，应充分考虑项目所在系统电力负荷的供需关系； 抽水蓄能电站低谷调峰价值，应充分考虑电力系统技术进步新成果对抽水蓄能功能发挥的影响；在以往的工作实践中，未将抽水蓄能电站的紧急事故备用功能作为项目的立项和经济评价指标，与抽水蓄能的发展实际不够吻合，应予以调整。

（3）现行的抽水蓄能经济评价计算方法已经影响到评价的基本结论，影响了其引导投资、控制规模、支撑决策等作用的发挥，应尽快开展调整工作。

（4）经济评价结论与抽水蓄能电站造价水平和建设、运行的技术方案（如装机容量、日满发利用小时数等）有密切关系。强调经济评价的重要性，有利于不断优化抽水蓄能的建设技术经济方案，指导确定更加科学合理的运行方式。

（5）电力系统技术进步是抽水蓄能电站的重要“投资风险”。抽水蓄能投资企业宜充分利用经济评价的结论，提升对电力工业技术进步成果的关注程度，强化项目投资风险分析。

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2017-05-15

2017-09-10

冯海超（1990—），男，大学本科，助理工程师，主要研究方向：抽水蓄能运行与维护管理。E-mail：854401322@qq．com

张 毅（1988—），男，助理工程师，主要研究方向：抽水蓄能电站技术管理。E-mail： zhangyi09421@163．com

宋自飞（1983—），女，大学本科，高级工程师，主要研究方向：抽水蓄能项目管理、工程造价管理。E-mail： goshine@163．com

樊志伟（1981—），男，本科，高级工程师，主要研究方向：抽水蓄能电站工程经济等。E-mail：zhiwei-fan@sgxy．sgcc．com．cn

Thoughts on Economic Assessment Methods of Pumped Storage Projects

FENG Haichao1，ZHANG Yi2，SONG Zifei3，FAN Zhiwei4，CHEN Tongfa4
（1.East China Tianhuangping Pump Storage Ltd.， Anji 313302，China；2. Beijing Shisanling Pumped Storage Power Station， State Grid Xinyuan Company Limited，Beijing 102200，China；3. Guangdong Hydropower Planning & Design Institute， Guangzhou 510635， China； 4. State Grid Xinyuan Company Limited，Beijing 100761， China）

Economic assessment is an important basis for the investment decision of pumped storage projects. In recent years，with the development and upgrading of the power system of our country and also with the rapid development of pumped storage itself， the technical basis of the economic assessment of pumped storage projects， i.e.“benefit”， has taken great changes. This paper， based o the analysis of the essential function of pumped storage， puts forward some proposals for improving the economic assessment of pumped storage projects.

energy；pumped storage；project；economic assessment

TM 612

A学科代码：470．4047

10．3969/j．issn．2096-093X．2017．05．009