Frederich Kahrl，王軒，Max Dupuy
正如世界上其他國家一樣，中國電力行業(yè)要走向零碳發(fā)展的未來，需要有靈活性資源的支持。儲能，特別是電化學(xué)儲能，由于近年來成本大幅度降低，以及其多重應(yīng)用價值，前景越來越光明。并網(wǎng)儲能能夠有效發(fā)揮幫助可再生能源并網(wǎng)、提高部分電廠退出后剩余火電廠運行效率、提供調(diào)峰調(diào)頻等輔助服務(wù)、管理電網(wǎng)阻塞、替代輸配電設(shè)施、抑制價格波動等作用。根據(jù)CNESA儲能項目庫的統(tǒng)計，到2019年底，中國已投運儲能項目累計裝機32.3 GW， 其中抽水蓄能約30GW，電化學(xué)儲能約1.6 GW。最近的一些研究發(fā)現(xiàn)，在可再生能源以低成本快速發(fā)展的情景下，到2030年，中國需要增加儲能裝機容量，累計達到300GW，才可支持波動性可再生能源并網(wǎng)，從而以低成本降低碳排放。這樣的愿景需要在對儲能友好的政策和市場的雙重作用下才能實現(xiàn)。
2020年8月底，國家發(fā)改委、國家能源局對《關(guān)于開展“風(fēng)光水火儲一體化”“源網(wǎng)荷儲一體化”的指導(dǎo)意見》公開征求意見，在業(yè)界引起了廣泛的反響。兩個“一體化”提出要根據(jù)必要性和可行性優(yōu)化儲能規(guī)模，建立靈活高效互動的電力運行與市場體系，落實儲能參與市場的機制。
然而，中國現(xiàn)階段無論是用戶側(cè)、發(fā)電側(cè)或者電網(wǎng)側(cè)儲能，應(yīng)用場景都比較單一，缺乏互相協(xié)調(diào)且系統(tǒng)優(yōu)化的運行模式，對未來大規(guī)模發(fā)展儲能形成了阻礙。從國際經(jīng)驗來看，電力現(xiàn)貨市場為儲能提供了可觀的收益，是儲能實現(xiàn)商業(yè)價值的主要渠道。這一篇短文中，我們主要分享加州獨立系統(tǒng)運行商（CAISO）抽水蓄能以外的電儲能參與市場模式，希望能為中國政策制定者提供借鑒。
電化學(xué)儲能如何參與CAISO市場
美國聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會（FERC）于2018年發(fā)布了Order 841，要求RTO/ISO區(qū)域電力市場制定規(guī)則為儲能公平參與電力市場掃清障礙。841法令規(guī)定在考慮物理和運行特征的基礎(chǔ)上，允許電儲能參與容量、電量、輔助服務(wù)市場，并基于市場價格對其服務(wù)進行相應(yīng)的補償。按照FERC的要求，各ISO/RTO隨后在現(xiàn)有的市場規(guī)則之上制定或者完善了電儲能參與市場的模式。其中，加州獨立運行商（CAISO）在這方面的表現(xiàn)最為突出。截至2020年7月，CAISO有216MW并網(wǎng)運行的電池裝機容量，在美國各區(qū)域電力批發(fā)市場中名列前茅。根據(jù)加州綜合資源規(guī)劃預(yù)計，CAISO到2030年會有15GW儲能資源，其中主要（12GW以上）是電化學(xué)儲能。這意味著10年后CAISO的儲能可能是目前的50多倍，將在很大程度上改變CAISO電力系統(tǒng)的運行。
CAISO早在2012年就開始發(fā)展和貫徹儲能參與市場模式以推動儲能與其他資源公平競爭并獲得合理補償。CAISO主要通過非發(fā)電資源模式（NGR，Non-Generator Resource），允許儲能資源參與雙邊容量市場，電能量市場和輔助服務(wù)市場。NGR的定義是 “具有連續(xù)運行區(qū)間，既可以發(fā)電又可以耗電的資源” ?，F(xiàn)代電池技術(shù)和儲能控制系統(tǒng)已經(jīng)可以支持從放電到充電的近實時切換，可以完成精確快速的響應(yīng)，但是電池儲能仍然受到充放電量的限制，這也是電池特性所決定的。在CAISO，NGR可以選擇調(diào)頻能源管理功能 (REM，Regulation Energy Management)，在這種選擇下，NGR能夠更有效地參與日前調(diào)頻市場，但不能同時參與電能量市場和運行備用市場。
另外，用戶側(cè)儲能（表后）也可以以單獨或者集合的形式作為需求響應(yīng)資源參與電能量和輔助服務(wù)市場。但是在這種模式下，需要基線來測量需求響應(yīng)資源的實際績效。下面主要從幾個關(guān)鍵點來介紹NGR儲能如何參與CAISO的電能量和輔助服務(wù)市場。
1、資質(zhì)要求
對于NGR，同其他發(fā)電機組一樣，電儲能必須滿足CAISO的相關(guān)基本要求（例如，調(diào)度運行、遙測和計量規(guī)則等），以提供容量、電量和輔助服務(wù)。CAISO為滿足Order 841規(guī)定將所有參與市場的發(fā)電側(cè)最小規(guī)模改為100kW。如果NGR參與細分市場則必須滿足相應(yīng)市場的具體要求，這些要求也是技術(shù)中立的，例如，輔助服務(wù)市場和雙邊容量市場對于資源連續(xù)最短運行時間會有具體的要求。CAISO允許電儲能根據(jù)自身運行特征，在報價時降低可調(diào)度容量，以滿足相應(yīng)市場的最短運行時間。
2、報價
在電能量市場上，電儲能NGR可以提交電能量報價曲線，包括充電報價（-MW）和放電報價（+MW）（如下圖），這種報價曲線允許電儲能在一個單獨的報價中，反映其經(jīng)濟可行的運行區(qū)間，儲能可以作為發(fā)電、負荷或者兩者同時參與市場。此外，電儲能也可以提交“價差報價”（spread bid）在電價處于報價區(qū)間之外進行充電放電；或者自調(diào)度，只報量作為價格接受者。
圖 1. 12MW儲能資源的報價曲線示例
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3、物理和運行特征
電儲能出力受到物理上下充放電容量限制和爬坡速率的影響，需要在這些限制下保證電池能夠完成調(diào)度指令提供相應(yīng)的服務(wù)。特別地，在運行過程中，電池應(yīng)該有什么樣的荷電狀態(tài)（state of charge，即電池中可用電能的狀態(tài)），由電池自己管理或者ISO來幫助他們進行優(yōu)化是電儲能參與市場關(guān)心的一個問題。在CAISO，電池儲能可以在報價時提交參數(shù)，包括最大最小荷電狀態(tài)，最大最小容量限制，之后由CAISO在市場優(yōu)化時體現(xiàn)這些參數(shù)。或者他們也可以選擇自己管理，不提交荷電狀態(tài)參數(shù)。最新的提議是允許參與者明確一小時運行之后他們希望達到的荷電狀態(tài)，以方便儲能資源本身和調(diào)度的實時管理，并保證NGR對滿足日前電能量市場，輔助服務(wù)以及長期資源充足等要求不發(fā)生沖突。
從CAISO市場的經(jīng)驗來看，目前，電儲能的價值主要是來自參與調(diào)頻市場，其次是為了滿足資源充裕度，簽訂雙邊采購合同，最后是進入電能量市場通過電價套利獲得的收入。這個原因主要是電能量市場電價的差別幅度較小、高電價持續(xù)時間短，不足以覆蓋包括循環(huán)充放電損耗在內(nèi)的電池成本。日后隨著可再生能源棄電的增加，或者隨著現(xiàn)貨市場價格波動幅度和頻率的增加，可能會擴大電儲能在電能量市場的參與度和收入。
圖 2 CAISO儲能資源的平均每小時 調(diào)度安排（2019年7-12月）
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對中國的啟發(fā)
中國正在建設(shè)電力現(xiàn)貨市場，一些試點例如廣東、浙江以及甘肅已經(jīng)著手完善市場規(guī)則，嘗試將儲能納入電力現(xiàn)貨市場，允許儲能在日前和實時電能量市場報價，并調(diào)動儲能在未來調(diào)頻和備用輔助服務(wù)市場中的積極性。為了更好地推動電化學(xué)儲能無障礙地參與電力市場，可以考慮以下幾點：
完善現(xiàn)貨市場的設(shè)計，在電能量和輔助服務(wù)市場中實施稀缺性資源定價，讓價格信號更好地反映市場的實時需求，有助于儲能資源發(fā)揮削峰填谷和平抑市場價格波動的作用。需要協(xié)同優(yōu)化電能量市場和輔助服務(wù)市場，在合理價格的基礎(chǔ)上，根據(jù)電儲能所提供的服務(wù)給予相應(yīng)的合理補償。
建立電儲能參與市場模式，有必要首先確認市場的資質(zhì)要求，即儲能需要滿足的調(diào)度規(guī)則，計量和遙測要求等。第二，明確儲能需要提交給調(diào)度的物理和運行技術(shù)參數(shù)（例如，最大最小荷電狀態(tài)，充放電限制，運行爬坡率）。第三，制定報價具體規(guī)范（例如，在報價曲線中可以提交多少量價對）和管理荷電狀態(tài)的方式方法。
探索和其他發(fā)電資源以及負荷資源共同參與市場的模式，真正體現(xiàn)“光電風(fēng)電+儲能，需求響應(yīng)+儲能”等混合資源優(yōu)勢。以充分競爭為基礎(chǔ)的合理的市場價格將會為儲能選擇何種商業(yè)模式以及如何選址提供依據(jù)，以深層次挖掘儲能可能帶來的多重價值。
參考資料：
欲了解更多關(guān)于FERC 841令，也可見“美國經(jīng)驗：儲能資源如何直接參與現(xiàn)貨市場競爭？”
https://www.raponline.org/blog/can-storage-resources-compete-directly-spot-markets-view-us-cn
NGR/REM允許電儲能資源報最高可調(diào)度容量，連續(xù)最小運行時間要求從正常日前調(diào)頻市場的一小時減少到15分鐘。詳情請參考：http://www.caiso.com/Documents/NGR-REMOverview.pdf
California Independent System Operator Corporation. Energy Storage and Distributed Energy Resources Initiative (ESDER4) Draft Final Proposal, May 27, 2020, at p. 11.
http://www.caiso.com/InitiativeDocuments/Presentation‐EnergyStorage‐
DistributedEnergyResourcesPhase4‐May27‐2020.pdf
California Independent System Operator Corporation. Figure 9: Average hourly schedules for storage resources (July‐Dec 2019), Energy Storage and Distributed Energy Resources Initiative (ESDER4) Final Proposal (Aug. 2020),
at p. 19. http://www.caiso.com/InitiativeDocuments/FinalProposal‐EnergyStorage‐
DistributedEnergyResourcesPhase4.pdf
