新能源的快速扩张将带来大量调峰电源需求,抽水蓄能作为目前成本较低的调峰电源将迎 来快速发展,根据国家能源局规划,我国抽蓄投产容量将在 2025 年/2030 年分别达到 62GW 以上/120GW 左右,为截至 2021 年底装机水平的 1.7x 和 3.3x。截至 2021 年底, 抽水蓄能在运装机规模中,国网和南网占绝大多数(88%),而五大四小发电集团未来抽 蓄装机规模将迎来快速发展。
据我们不完全统计,未来抽蓄规划中,五大四小集团中最高 的为三峡集团,五大四小旗下上市公司中目前规划值在 800 万千瓦以上的有国投电力/三峡 能源/华电国际/长江电力/国电电力,而未来南网抽蓄的上市主体文山电力(3600 万千瓦) 规划值高于所有五大四小旗下上市公司。根据发改价格〔2021〕633 号文所规定的容量电 价按 6.5%核定经营期内部收益率计算,我们测算抽蓄电站容量电价为 0.574 元/W,无现 货市场情况下,抽蓄电站的调峰成本在电站投产首年为 0.366 元/千瓦时,后续年度逐利息 支付下降每年降低,利息支付完成后为 0.249 元/千瓦时。(报告来源:未来智库)
抽水蓄能机组包含水泵水轮机与发电电动机,通过可逆性运转达成蓄能与释能工作周期。在 用电低谷时,位于下游的机组抽水至高海拔水库,将所连通电网中多余的电能转化为重力势 能存储;而在用电高峰时,上水库开闸放水推动下游轮机发电,将重力势能转化为电能并输 出至电力网络。抽水蓄能电站在发电工况下效率通常为 75%上下,被简称为“抽四发三”。

抽水蓄能电站根据利用天然水流与否可分为纯抽蓄与混合式两种。若电站无足量天然径流 汇入上水库,必须依靠下库抽水补充蒸发、渗漏水量来维持循环运转,则归类为纯抽蓄电 站;若上水库汇入天然径流可供常规水力发电使用,同时机组设备具有抽蓄电站灵活可逆 运行特质,则为混合式电站。许多常规水电站可改建为混合式抽蓄电站,改建方法分为体 化开发、上库结合、加泵扩机三类。常规水电改建节约利用了已有的水电站址与设备资源, 因此具有施工周期短、初始投入低等优点。
抽水蓄能电站系重要的调峰调频电源之一,具有削峰填谷、系统调频调相、应急与黑启动 等功能。2021 年 8 月 10 日,国家发改委、国家能源局发布《关于鼓励可再生能源发电企 业自建或购买调峰能力增加并网规模的通知》(发改运行〔2021〕1138 号),鼓励多渠道 增加调峰资源,其中就包括抽水蓄能。 削峰填谷:平衡高峰与低谷用电期内的电能供给。通常情况下,我国晨间及傍晚时段为用 电高峰,此时电力系统负荷较高。抽蓄电站接入电网后,机组内水泵水轮机与发电电动机 进入水轮机-发电机工作周期,以普通水力发电相同原理为电网提供额外电能;而在午夜等 电网低负荷时段,水泵水轮机与发电电动机进入电动机-水泵工作周期,接收电网中富余的 电力来向高海拔水库泵水,补充势能储备。
系统调频调相:具有较强的电力系统调频调相能力。据《中国电力百科全书》记录,我国 电力系统额定频率为 50±0.2Hz (系统容量较小时可放宽至 50±0.5Hz)。抽水蓄能电站出力 响应迅速、调节方式灵活、具有比一般电站更强的调频能力,仅有振动区与水锤等次要问 题需进一步研究解决。此外,电力系统需持续稳定系统内电压,需要抽蓄发电机组在系统 电压偏高时进相运行,吸收无功功率;而在电压偏低时向系统输送无功功率,在夜间等电 压不稳定时段为系统护航。抽蓄电站机组在发电与用电两种工况下均可完成这一任务。
应急与黑启动:作为电网主体因紧急事故瘫痪后的短期备用电力方案。抽蓄电站反应时间 短,运作灵活,且具有稳定的自启动发电能力。在设备老化、自然灾害等原因造成电力紧 急中断时,抽蓄电站可在数分钟内从蓄能工作周期紧急转换为发电工作周期并抵达最大功 率,为重点设施提供应急电力,并带动系统中非自启动式发电设施帮助恢复供电。
抽水蓄能目前在各灵活储能方式中具有较大优势。在我国现有主要储能手段中,抽蓄储能具 有技术成熟、容量大、应用广、成本低等优势。据国际水力协会统计,全球范围内抽水储能 占总储能量比例高达 94%以上。文贤馗等著《大容量电力储能调峰调频性能综述》(2018 年 12 月 31 日)中指出目前火电一次调频性能受锅炉蓄热等问题限制,且电力清洁化要求控制 火电厂体量,限制了火电改造的收益;同时,新型灵活性提供方法手段大部分尚未成熟,超 导储能等高新方案甚至尚处于示范阶段。在新型储能完成实用性突破前,抽水蓄能仍将是灵 活性资源的主要来源。

截至 2021 年底,我国抽水蓄能装机规模已领跑全球,2025/2030 年末将增至 62/120GW。 根据 2022 年 6 月 24 日水电水利规划设计总院、中国水力发电工程学会抽水蓄能行业分会 联合发布的《抽水蓄能产业发展报告 2021》,截至 2021 年底,我国抽水蓄能已建成规模 居世界首位,达到 3639 万千瓦;核准在建总规模为 6153 万千瓦。2021 年 9 月 17 日, 国家能源局发布《抽水蓄能中长期发展规划(2021-2035 年)》,提出我国抽蓄投产容量将 在 2025 年/2030 年分别达到 62GW 以上/120GW 左右,为截至 2021 年底装机水平的 1.7x 和 3.3x。报告还提出我国中长期规划布局中抽水蓄能重点实施项目达 340 个,总装机 容量约 421GW;储备项目 247 个,总装机规模约 305GW;合计 726GW。
我国抽蓄电站主要分布在东南、东北以及中部地区,未来或布局“三北”地区。根据国家 能源局《抽水蓄能中长期发展规划 (2021-2035 年)》统计,华东、华北、华中和广东拥 有我国大部分已投产抽蓄电站,且在建电站主要分布于华东、华北各地。规划中进一步指 出,为服务新能源大规模发展和电力外送需要,围绕新能源基地及负荷中心合理布局,重 点布局点将处于东北、华北和西北地区。值得注意的是,尽管目前西部地区重点实施以及 储备项目较其他地区少,其充足的风、光等自然资源可能在未来吸引新能源电力新建项目。 届时,西部各地将对抽蓄电站配套服务有更强的需求。
我国已建成抽蓄电站主要分布在广东、华东、华北和华中地区,在建机组组要分布于华东、 华北等地区。根据《抽水蓄能产业发展报告 2021》,截至 2021 年底,我国已建成抽蓄电 站装机容量中,广东省所占份额最大,高达 22%;其次为华东地区的浙江、安徽、江苏, 华北的河北、山东等,以及华中的河南、湖北等。截至 2021 年底的在建规模中,归属于 华东电网、华北电网的规模占比最大,分别为 30%/24%,其次为华中电网和东北电网的 14%和 13%。据国家能源局《抽水蓄能中长期发展规划 (2021-2035 年)》指出,为服务 新能源大规模发展和电力外送需要,围绕新能源基地及负荷中心合理布局,要重点布局东 北、华北和西北地区。值得注意的是,尽管目前西部地区重点实施以及储备项目较其他地 区少,风光大基地建设将对抽蓄电站配套服务有更强的需求。
抽蓄产业链上中下游为机组设备、电站建设运营、和灵活性服务。其中上游机组设备包括 发电机、水泵、水轮机、变压器等;中游设计建设包括电站设计和施工等;下游运营(灵 活性服务供应)包括调峰填谷、调频、调相、应急发电等。目前,我国抽蓄行业电站运营 领头羊为国家电网旗下的国网能源及南方电网旗下的南方电网调峰调频发电有限公司(抽 蓄资产将置换至文山电力体内),五大和四小发电集团以及旗下上市公司主体正积极参与 抽水蓄能电站项目建设运营。(报告来源:未来智库)
截至 2021 年底,我国抽水蓄能电站在运规模中,国网和南网市占率最高。截至 2021 年 底,国网/南网拥有的在运抽水蓄能电站装机容量分别占我国在运抽水蓄能电站总装机容量 的 65%/23%,总计 88%;其他集团公司拥有装机容量合计仅占 12%。“五大四小”中, 目前仅有华电集团拥有在运抽水蓄能电站,装机量占总装机量的 1.6%。

国网和南网未来抽蓄规划达到 7578 和 3600 万千瓦。根据《抽水蓄能产业发展报告 2021》,截至 2021 年底,国网在建抽蓄规模为 4578 万千瓦,根据国网新源 2021 年社会 责任报告,截至 2021 年底,国网旗下抽蓄主体国网新源开展可研及预可研抽水蓄能电站 约 3000 万千瓦,合计 7578 万千瓦。南网印发《关于公司推动绿色低碳发展转型的意见》 提出,2021-2035 年增加抽蓄装机 3600 万千瓦。
从五大四小抽蓄规划容量看:五大集团中国家能源集团最大,四小集团以三峡为首。据我 们对已有信息的整理和统计,五大发电集团中,国家能源集团规划容量最大(16GW),华 能/华电/国电投的抽水蓄能装机规划较为接近,分别为 13.7/13.8/11.4GW。四小发电集团 中,三峡集团规划容量为 51.2GW,高于其他三家,国投集团由于国投电力控股子公司雅 砻江水电在雅砻江流域内抽蓄电站选点可容纳潜在抽蓄装机容量为 10GW,以 15.6GW 的 规划值高于广核集团(6.3GW)和华润集团(4.8GW)。
从五大四小规划地域分布看:1)五大发电集团中华能、华电、国家能投集团规划分布较 为广泛,四小豪门中三峡分布更广泛。2)对比五大四小在每个省规划中的市占率,三峡 集团在湖北、湖南、山西、安徽等 6 各省份市占率最高;华能集团在江西、河南的市占率 更高;国电投集团在广西和新疆的抽蓄装机规划高于其他集团;而华电集团/国家能源集团 /国投集团/广核集团分别在陕西/青海/四川/广东的抽蓄规划规模高于其他集团。3)统计各 省份五大四小规划合计值,可以发现五大四小在全国布局热度最高的省份为湖北省,高达 22.4GW;而五大四小合计规划值在 5-15GW 的省份全国有湖南、四川、山西、浙江等 11 个省份。4)我们整理的五大四小在各省的抽蓄规划大于部分省份抽蓄规划主要是因为部 分省份规划没有罗列完全所有抽蓄项目。
五大四小旗下上市公司层面:目前规划值在 800 万千瓦以上的有国投电力/三峡能源/华电 国际/长江电力/国电电力。除五大四小旗下上市公司外,截至 2021 年底,国网旗下抽蓄主 体国网新源(非上市公司)开展可研及预可研抽水蓄能电站约 3000 万千瓦(根据国网新 源 2021 年社会责任报告);南网印发《关于公司推动绿色低碳发展转型的意见》提出,十 四五新增抽蓄装机 600 万千瓦,十五五和十六五各新增 1500 万千瓦抽蓄装机,合计 3600 万千瓦,未来十五年增长 4.6x,南网旗下抽蓄电站均在南网调峰调频公司(非上市公司), 该公司将被注入文山电力(上市公司)体内,根据文山电力 2022 年 6 月 15 日《关于重大 资产重组事项的进展公告》公告,最新注入进展为:中国证监会出具了《中国证监会行政 许可申请受理单》。
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