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西部笔记 · 30

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。

一、两种「存」法,原理差在哪里

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
二、从哪里看:选址条件各有一张硬表

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。

三、钱怎么回来:两种完全不同的电价机制

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。

四、一个示意:两种项目的度电成本

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。)

五、几个常见的误读

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。

六、与第 143 期连起来看

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。

七、收尾:看一个长时储能项目的核对清单
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 □
写在最后

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。

留言区想听听

你所在的地方,更适合上光热,
还是抽水蓄能?

下期预告 · 招商新解 35 · 周二

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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