发展抽水蓄能对实现“零碳”目标至关重要

张博庭

（中国水力发电工程学会，北京市 100044）

0 引言

刚刚闭幕的第26届联合国气候变化大会（COP26）认为，近年来世界各国在落实《巴黎协定》的碳减排承诺方面，虽然取得了不小的成绩，但距离全球要把温升控制在1.5℃之内的目标，还有很大的差距。各国还必须加速能源转型，尽早地让化石能源退出历史舞台。目前，100%地使用可再生能源，被认为是最可行的“碳中和”方式。但在目前的化学储能技术还不能满足电网大规模使用的情况下，开发建设抽水蓄能电站就成为各国实现100%由可再生能源供电的首选[1]。

1 实现“碳中和”的前提是“零碳”的电力

各国实现“碳中和”首先是要实现“零碳”的电力供应。因为，从可持续发展的角度看，未来人类能源的来源，只能是可再生能源。而当前人们获得可再生能源的最有效方式，主要是发电。所以，人们只有先实现了“零碳”的电力供应，再通过不断地扩大电能替代，逐步解决交通、建设、冶金、化工等领域的碳排放，才能最后实现“碳中和”的社会。

也有人认为：即使电力不能实现“零碳”，还可以通过其他碳汇，实现电力的“碳中和”。但是，我们要知道，目前人类社会的电气化水平只有30%左右。未来我们要实现全社会的“碳中和”，即使实现了“零碳”的电力，还有要逐步替代60%多各种能源的艰巨任务。因此，如果我们连电力都不能做到“零碳”，如何替代其他各种能源？况且，在其他领域，我们几乎不可能替代全部的化石能源，所以，必须需要创造其他的碳汇来解决。总之，如果我们的电力都需要碳汇的平衡，才能做到零碳，那么整个社会的“碳中和”几乎是没有可能的。

所以，实现“碳中和”的前提，是先实现100%的由可再生（初期至少是非化石）能源供电[2]。国际上很多权威的能源研究机构通过分析各国的资源情况，都曾预测说，多数国家都可以在2050年实现100%地由可再生能源供电[3]。这不仅在技术上可行，而且经济上最优。

2 在当前科技水平下，抽水蓄能是电力“零碳”的基石和保障

抽水蓄能在将来的“零碳”电力中非常重要，因为未来主要的能源来自水、风、光（但因水能资源非常有限），为了解决大量的风、光供电的间歇性、随机性与用电负荷之间的矛盾。目前最有效的手段还是蓄能调蓄。

解决电网对新能源的接纳的方式，还有电化学储能。不过，目前我们的电化学储能技术水平，还难以满足电网大规模使用的需求。锂电池技术虽然成本上已经问题不大，但是其安全性和耐久性还难以满足需要大规模电网的储能要求。今年以来，北京的丰台和澳洲最大的化学储能电站都先后发生过大型火灾事故。此外，氢能也是一种很好的储能方式，不过目前电解水制氢能的成本还比较高。大规模的利用也存在着巨大障碍。

也许到未来的某一天，锂电池储能技术能出现重大突破，解决了安全性和耐久性的致命弱点，或者氢能的储能成本出现大幅下降。但是，就目前的技术水平而言，电网中最可行的大规模储能方式还是抽水蓄能[1]。

3 中国发展抽水蓄能的需求最为迫切

目前国际上对抽水蓄能的需求，还不是十分迫切。因为发达国家的发电方式大都已经完成了从煤炭向油气的转化。油气发电的调节性能比煤炭好得多。承受50%以内的风光发电基本没有问题。现阶段各个发达国家的风光发电，都还没有超过50%，所以，对抽水蓄能的需求，似乎还不是十分迫切。但随着未来风光装机比重的上升，以及“零碳”电力的到来（油气发电的退出，完全依靠可再生能源），抽水蓄能的开发建设一定会成为一个非常重要的方向（除非人类的电化学储能技术，出现重大的突破）。

与发达国家的电力发展不同，中国对抽水蓄能有特殊的需求。因为中国的资源禀赋，几乎没有条件实行高碳向低碳转化（油气资源有限），发电方式需要直接由煤炭转向可再生能源。这样，中国的能源转型从一开始就需要有大量抽水蓄能作为支撑。而国际社会对抽水蓄能的需求，则主要体现在能源转型的最后阶段，也就是油气发电开始退出和高比例使用可再生能源阶段。

由于煤电的灵活性非常差，因此煤电只能给非常少量的风光调节。所以，中国的能源转型，除了靠常规水电的支撑以外，必须要有大量的抽水蓄能。这样才有可能容纳较多的风光发电。除此之外，煤电本身的效益，也非常需要抽水蓄能来保障。只有具备一定数量的抽水蓄能，才能保障让煤电机组，处于基荷运行，取得最佳的经济效益。所以，就中国的电力而言，无论是目前的以煤电为主，还是今后将从煤炭发电直接转向可再生能源发电，都需要大量的抽水蓄能。所以，中国对抽水蓄能的需求十分迫切。

4 中国抽水蓄能的发展经历了较大的曲折

目前世界上抽水蓄能比例最高的国家是日本，装机超过常规水电。这主要是得益于日本的电力体制（分区域竞争，厂网一家）非常适合发展抽水蓄能。因为早期的抽水蓄能主要是为煤电、核电等适合基荷发电服务的，通过抽水蓄能的调节，让煤电、核电处于长时间的基荷发电，从而可取得巨大的效益。

中国的早期电力体制也是发厂网不分的，所以，在早期的电力发展规划中，也曾经规划在2020年的抽水蓄能装机容量要达到1亿kW。但由于抽水蓄能电站的特点是，运行的费用在电网侧，但效益却要产生在发电侧。因此，2002年在我国厂网分开的体制改革之后，抽水蓄能的发展就开始遭到了冷遇。到“十二五”电力规划中的2020年，抽水蓄能目标已经降低到了6000万kW，“十三五”继续降低到了4000万kW。而实际结果是，到了“十三五”末的2020年，我国的抽水蓄能装机容量仅有3100多万千瓦。

目前即便是中国这点少得可怜的抽水蓄能，在现实中其实也是用处不大的。因为，用煤电调峰，毕竟是发电厂花钱，而用抽水蓄能调峰，难免电网要花自己的钱。因为，电网在电力行业中，具有优势的地位和巨大的话语权，很长一段时间，中国电力界的主流声音，总是强调要建设煤电给新能源调峰。因而导致中国电力行业的现状，不仅已经是煤电产能严重过剩，而且如果不让这些过剩的煤电担负电网的调峰任务，煤电厂就活不下去。但如果让煤电调峰，抽水蓄能的作用和效益就无法保证[4]。

如果中国没有厂网分开的电力体制改革，或者我们电力改革的政策没有把业内最强势的电网企业放到了能源转型的对立面，那么中国目前的11亿kW的煤电机组，很可能只有7亿～8亿kW，同时可以增加大量的抽水蓄能，使得中国的抽水蓄能一方面为煤电调峰，一方面为风光调峰。不管煤电什么时候需要退出，抽水蓄能在电网中都是非常有用的。

5 中国要实现“双碳”目标，必须要大力发展抽水蓄能

大家知道，中国最近发布了《抽水蓄能发展中长期规划（2021～2035年）》（简称《规划》），大幅度地加快抽水蓄能的开发建设[5]。为什么呢？因为自从去年12月，国家主席习近平在气候峰会上宣布，到2030年，“风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿kW以上”。2021年4月，习近平在领导人气候峰会上强调：中国将严控煤电项目，“十四五”时期严控煤炭消费增长、“十五五”时期逐步减少。

习主席的这些承诺，如何得到落实？中国当前的风、光装机容量总共才不到6亿kW。然而，为满足这些风、光装机的入网，中国现有除风、光外的约16亿kW装机容量（其中11亿kW为煤电）几乎都要为风电、光伏的入网提供调峰服务保障。接下来不到十年，我国风、光的装机容量至少要增加近1倍多，显然，相应其他各类电源显然都不可能再同比例地增加。此外，中国要如期实现“碳中和”，2050年我国的风、光装机容量至少要超过50亿kW。因此，满足如此大规模的风、光装机的入网需要，根据目前的技术水平，我们必须要大力发展抽水蓄能，专门作为储能用的调峰电源。

总之，中国要实现双碳目标，必须要大力发展抽水蓄能。要知道，在正式的《规划》颁布之前，《规划》的征求意见稿所提出的抽水蓄能建设目标，比这还要高得多。曾要求2035年的抽水蓄能装机容量达到3亿kW。后来因为各征求意见时多数人都认为做不到，所以，才回避矛盾降低到了现在正式出台的2030年1.2亿kW的水平。因此，即使中国2030年抽水蓄能的装机容量达到了1.2亿kW，要想如期实现“碳中和”还是要有相当的难度。所以，如果2035年中国的抽水蓄能装机容量达不到3亿kW，必须要采取大规模开发常规水电的方式予以弥补。否则，中国“碳中和”的目标，恐怕还是很难如期兑现。

6 煤电调峰，别说“碳中和”，连“碳达峰”都无法实现

不知道大家是否注意到，其实中国早在2013年就曾一度实现了“碳达峰”。其原因，就是因为2009年中国的煤炭价格的高企，国内的煤电行业普遍出现了成本倒挂的严重亏损，不愿意再新建煤电厂。

所以，在2009年“十二五”的前夜，能源电力行业几乎非常一致地把满足社会电力需求增长的希望，寄托在了水电、核电和风电上（当时的光伏发电成本还非常高）。为此，我国的“十二五”规划，曾要求“十二五”期间水电的新开工量达到1.2亿kW。尽管后来我国的核电发展规划，由于日本福岛的“3·11”地震事故而搁浅。但是，仅仅是我们当时大力发展的水电和风电，就已经连续多年满足了我国社会电力需求增长的需要[6]。

遗憾的是，后来到2012年前后煤炭行业出现了严重的产能过剩，煤价出现大幅下跌。煤电企业的利润大增，新建燃煤电厂的积极性重新高涨。再加上2014年中央审批权下放，各地新的燃煤电厂建设规模严重失控。以至于到2016年，我国由于全国性大规模的“三弃”（弃水、弃风、弃光），终于压制住了我国可再生能源快速大发展的良好势头。

风电的年新增装机容量从最高的年份4千多万千瓦，猛跌到1千多万千瓦；水电的投资和年新增发电量，都比最高峰时下降了90%左右。社会新增的电力需求的市场份额，几乎完全都被煤电夺回。所造成的最后结果，自然就是我国的碳排放量从2017年之后，重新恢复增长（见图1）。

图1 中国、美国、欧盟、日本“碳达峰”到“碳中和”时间Figure 1 The time node of carbon peak & carbon neutrility in China，USA，EU & Japan

今天，尽管当年我国“社会用电的增量完全摆脱煤电”的大好局面已经丧失，但是，历史已经用无可辩驳的事实，向我们证明过了：在我国现有的资源和技术水平下，已经具备了完全依靠可再生能源的增长，来满足社会发展用电增量的条件和可能（即：完全有条件实现“碳达峰”）。

7 结束语

如果储能的科学技术不能出现重大的突破，抽水蓄能必将是未来人类“零碳”电力中的绝对主力。对于中国这种直接由高碳向零碳转型的国家来说，抽水蓄能的需求则更为迫切。这不仅是未来实现“碳中和”所必须的，而且也是尽快实现“碳达峰”所必须的。所以，从现在开始，中国就必须要把抽水蓄能的建设，提到一个非常重要的议事日程上来。与此同时，中国还应该吸取教训（实现了“碳达峰”之后又出现反复），尽快肃清违背科学的倡导“煤电调峰”的不良影响，否则，不仅抽水蓄能的发展不可能顺利，恐怕连“碳达峰”的目标都难以实现[7]。所以，“严控煤电”是中国抽水蓄能大发展的基本前提。