光热与抽水蓄能:西部长时储能的两条路
资本成长学堂 · 道纳出品
设想在西北一处戈壁上,一座高塔四周铺开上万面定日镜,塔顶亮得没法直视;几百公里外的山谷里,一座大坝正在合龙,山顶还要再挖一个水库。两处工地都说自己是在「存电」,一个存的是热,一个存的是水。
这两类项目,常被放在同一个词下面:长时储能。
我们在第 143 期讲过电站旁边的那块电池。电化学储能的强项是快:响应快、建得快,常见的是两小时、四小时。可电力系统还有另一类需求:傍晚太阳落山之后的大半夜,连续阴天的几天,冬季风小的时段。这些缺口一缺就是好几个小时甚至更久,靠两小时的电池顶不住,于是有了「长时」这个说法。
在西部,长时储能最常被拿出来比较的,是光热发电和抽水蓄能。这一篇讲它们各自的原理、选址条件、钱怎么回来,再用一组全部假设的数字,把两种项目的度电成本放在一起算一遍。先说结论:这两样东西不能直接比价,它们回答的是两个不同的问题。
光热发电,是先把阳光变成热,再用热去发电。镜子把阳光聚到吸热器上,加热传热介质(常见的是熔融盐),热盐存进保温罐里;需要发电的时候,用热盐去烧蒸汽,推动汽轮机。常见的技术路线有塔式、槽式和线性菲涅尔式,西部新建的项目里塔式较多。
它的关键在于:储能和发电是一体的。 白天收集的热,可以留到晚上用,储热时长常见设计在几个小时到十几个小时之间。它不需要从电网充电,自己就是电源。
抽水蓄能,是用电把水从下水库抽到上水库,需要的时候再放下来发电。它本身不产生电能,只是把电从一个时段搬到另一个时段,一抽一放之间,大约会损失四分之一的电量(综合效率常见在七成五上下)。
它的关键在于:它是一个纯粹的「搬运工」。 规模大,单站常见在百万千瓦级,连续满发的时长一般在五到八小时,寿命很长,大坝和地下厂房可以用上几十年。
| 对比项 | 光热发电 | 抽水蓄能 |
|---|---|---|
| 存的是什么 | 热(熔融盐等) | 水的势能 |
| 是否需要从电网充电 | 不需要,自己发电 | 需要,先用电抽水 |
| 在系统里的身份 | 可调节的电源 | 储能和调节设施 |
| 常见单站规模 | 几万到十几万千瓦 | 百万千瓦级 |
| 建设周期 | 两年左右 | 六到八年甚至更长 |
| 主要成本 | 镜场、吸热塔、储热系统 | 土建、隧洞、机组 |
| 寿命 | 二十五年上下 | 主体工程可达几十年 |
两类项目都很「挑地」,但挑的东西不一样。
光热看的是直射光,不是总辐射。 光伏能用散射光,阴天也能发一点;光热的镜子只能聚焦直射过来的光,所以看的是「法向直接辐射」这个指标。西北的高原、戈壁,晴天多、大气透明度高,是国内条件最好的地方。看一个光热项目,可以先翻三样东西:
项目所在地的太阳能资源评价。 可研或资源报告里会有多年的法向直接辐射年总量,最好有现场测光站一年以上的实测数据,而不是只用卫星推算。
土地和地形。 镜场要大片平整土地,坡度不能大;风沙大的地方,镜面清洗的用水和人工要算进运维。
水和冷却方式。 西部缺水,新建项目多用空冷。空冷省水,但发电效率会低一些,夏天高温时更明显。
抽水蓄能看的是水头、水源和地质。 上下两个水库之间要有足够的高差,这个高差叫水头;两库之间的水平距离和高差之比(常说「距高比」)越小,输水隧洞越短,造价越低。翻一个抽蓄项目,要看:
是否列入国家和省级的抽水蓄能规划。 国家层面有抽水蓄能的中长期发展规划,各省也有项目清单。没有列入规划的站点,前期工作走不远。具体规划名称和纳规程序,以现行文件为准。
水源。 抽蓄的水是循环用的,但初期蓄水和每年的蒸发、渗漏要补。西北干旱,蒸发量大,补水从哪来、要不要用水指标,第 89 期讲过的用水指标问题在这里同样存在。
地质和生态。 地下厂房、长隧洞对地质条件要求高;站点不能碰生态保护红线。冬季严寒的地方,还要考虑水库结冰。
我们的看法是:西部光照条件好,适合光热的地方多;但西部缺水、山高谷深的地方地质又复杂,抽蓄好站点并不像想象的那么多。 所以在西北,两者常常是互补的:有好站点的地方上抽蓄,戈壁和荒漠上配光热。
这是两类项目差别最大的地方。
抽水蓄能,现行是「两部制电价」。 一部分是容量电价,按核定的成本和合理收益,每年给一笔相对固定的钱,主要通过输配电价回收;另一部分是电量电价,体现抽水和发电之间的价差。国家在 2021 年出台过完善抽水蓄能价格形成机制的文件,容量电价按经营期定价的思路核定。具体的核定参数、收益率和回收渠道,以现行规定为准。
这意味着:抽蓄的投资回报,主要不取决于它一年抽放多少次,而取决于容量电价核定了多少、能不能按时足额拿到。 它更像一项受监管的基础设施,收益稳,但上限也被定住了。
光热发电,靠的是上网电价或市场电价。 早年国内的光热示范项目,有过专门的标杆上网电价;后来新建项目不再享受国家层面的专项电价补贴,更多是放在「光热加光伏」「光热加风电」的一体化项目里,作为基地里的调节电源,和风光项目打包核算。新能源上网电价市场化改革推开以后,光热在各地怎么参与市场、能否获得容量方面的补偿,各地口径不一,以现行规定为准。
这意味着:光热单独拿出来,度电成本往往高于光伏和风电;它的价值,要放在整个基地的收益里看。 一个基地配了光热,夜间也能稳定出力,整体送出曲线更平,能接受的电价和能拿到的指标,可能都不一样。
下面的所有数字都是假设值,只用来演示算法。
抽水蓄能电站: 装机 120 万千瓦,满发 6 小时;单位投资每千瓦 7,000 元,总投资 84 亿元;经营期 40 年,折现率 6%;年运维费按投资的 1.5% 计,约 1.26 亿元;综合效率 75%;抽水用电的平均价格每度 0.25 元。
光热电站: 装机 10 万千瓦,储热 8 小时;单位投资每千瓦 2.5 万元,总投资 25 亿元;经营期 25 年,折现率 6%;年运维费按投资的 2% 计,约 0.5 亿元;不需要从电网充电。
第一步,把投资摊成每年的钱。 用资本回收系数,把一次性投资折成每年等额的一笔:
抽蓄:6%、40 年的回收系数约 0.0665,84 亿 × 0.0665 ≈ 5.58 亿元/年;加上运维 1.26 亿,年固定成本约 6.84 亿元。
光热:6%、25 年的回收系数约 0.0782,25 亿 × 0.0782 ≈ 1.96 亿元/年;加上运维 0.5 亿,年固定成本约 2.46 亿元。
第二步,除以一年发出的电。
| 情形 | 抽蓄年发电小时 | 抽蓄年发电量 | 抽蓄度电固定成本 | 加上抽水电费后 | 光热年发电小时 | 光热年发电量 | 光热度电成本 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 偏低 | 1,000 | 12 亿度 | 0.57 元 | 0.90 元 | 3,000 | 3.0 亿度 | 0.82 元 |
| 基准 | 1,500 | 18 亿度 | 0.38 元 | 0.71 元 | 3,500 | 3.5 亿度 | 0.70 元 |
| 偏高 | 2,000 | 24 亿度 | 0.29 元 | 0.62 元 | 4,000 | 4.0 亿度 | 0.61 元 |
抽水电费那一列这么算:放出一度电,要先抽进 1 ÷ 0.75 ≈ 1.33 度,每度 0.25 元,摊到每度放电上约 0.33 元。
第三步,读这张表。 基准情形下,两者的「度电成本」都在七毛上下,看起来差不多。但这个「差不多」是误导性的:
抽蓄那一行的七毛,有三毛多是买电的钱。如果抽水用的是午间光伏大发时的低价电,甚至是本来要弃掉的电,这三毛就会小很多;反过来,如果抽水电价高,它就更贵。
光热那一行的七毛,是发电的全部成本,里面没有买电这一项,但它本身就是一个电源,要和风电、光伏比,而不是和电池比。
抽蓄的固定成本对发电小时非常敏感,1,000 小时和 2,000 小时差了将近一倍;光热的成本对发电小时同样敏感,而发电小时又取决于直射光资源。
第四步,把光热放回基地里。 假设一个基地里,光伏 90 万千瓦、年发电 1,600 小时、度电成本 0.20 元,配上面那座 10 万千瓦光热:
光伏:14.4 亿度,成本 2.88 亿元;
光热:3.5 亿度,成本 2.46 亿元;
合计:17.9 亿度,5.34 亿元,综合度电成本约 0.30 元。
光热只占电量的两成,却让基地在太阳落山后还能送电。基地的问题就变成了:多花这一毛钱左右,换来的夜间出力和送出曲线,值不值。这个问题,才是光热真正该回答的。
(以上数字为示意,不对应任何地区或项目。投资单价、发电小时、效率、电价和折现率,实际差别很大,须按项目资料重新测算。)
误读一:拿光热的度电成本和电池比。 光热是电源,电池是搬运工。要比,光热该和「光伏加储能」整体比,同样提供夜间出力,谁的总成本低。
误读二:只看抽蓄的利用小时,不看电价机制。 在两部制电价下,抽蓄的投资回报主要来自容量电价。拿「一年抽放几次」去判断它挣不挣钱,方向就错了。反过来,如果将来容量电价的核定方式调整,这一点就要重新看。
误读三:忽略建设周期。 抽蓄从前期到投产常常要六到八年。今天做的测算,用的是今天的电价和需求;投产时的电力市场,可能已经大不一样。光热建得快,但核心设备和技术的成熟度要单独评估。
误读四:西部地多,选址不难。 光热要的是平整、直射光好、风沙可控的地;抽蓄要的是高差、水源、地质都合适的山。两者在西部都不是随处可建。
误读五:把储热时长当发电小时。 储热 8 小时,意思是满负荷能连续发 8 小时,不等于每天都能发满 8 小时。冬季日照短、阴天多,储热罐可能装不满。
如果把电化学储能、抽水蓄能、光热放在一张图上,大致是这样的分工:
两到四小时、需要快速响应的,电化学储能合适,建得快、选址灵活,第 143 期讲的那块电池就是这一类;
六到八小时、规模很大、需要几十年稳定运行的,抽水蓄能合适,前提是有好站点;
既要夜间出力、又要是一个电源的,光热合适,前提是直射光资源好,并且有一个能消化它较高成本的基地。
对地方来说,三者能留下的东西也不同。抽蓄是一次性的大投资,施工期带动明显,运营期人少;光热的镜场、吸热器、熔盐储热,有一定的装备制造和运维需求,第 71 期讲的「运输半径」那笔账在这里同样适用。
| 要核对的事 | 光热项目看哪里 | 抽蓄项目看哪里 | 做到了吗 |
|---|---|---|---|
| 资源条件 | 法向直接辐射实测数据,测光年限 | 水头、距高比、补水水源 | □ |
| 规划与指标 | 是否纳入一体化基地或省级规划 | 是否列入国家和省级抽蓄规划 | □ |
| 电价机制 | 上网电价或市场化方案,是否与风光打包 | 容量电价核定方式与回收渠道 | □ |
| 发电小时假设 | 是否扣除冬季、阴天和检修 | 是否与当地负荷和新能源出力匹配 | □ |
| 充电或燃料成本 | 无充电,但有清洗用水和辅助用电 | 抽水电价来源与水平 | □ |
| 建设周期 | 核心设备供货与调试周期 | 前期、土建、蓄水的全周期 | □ |
| 生态与用水 | 用地性质、空冷还是湿冷 | 生态红线、蒸发渗漏、冬季结冰 | □ |
| 度电成本 | 按本文第四节自己算一遍 | 固定成本和抽水电费分开算 | □ |
光热和抽水蓄能,都在回答「太阳落山之后怎么办」,但回答的方式不同:一个是多建一个能存热的电源,一个是把白天的电搬到晚上。
比较它们,先别急着比七毛还是八毛,先问清楚:它在系统里是什么身份,钱由谁来付,付多少年。
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你所在的地方,更适合上光热,
还是抽水蓄能?
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招商数据从哪里来:统计口径的那些坑
本文为一般性讨论,文中数字均为示意,不对应任何地区、项目或企业。抽水蓄能价格形成机制、光热发电上网电价与市场化参与方式、抽水蓄能规划纳规程序等,以国家和地方现行规定为准。本文不构成投资建议。
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