中國儲能網(wǎng)訊：8.5 重組和混合電力系統(tǒng)
競爭激烈的批發(fā)電力市場通常比服務成本/回報率監(jiān)管提供更強的降低成本激勵。然而，有組織的區(qū)域批發(fā)電力市場中的現(xiàn)有規(guī)則，并不是為具有高比例可再生能源的電力系統(tǒng)設計的。此外，現(xiàn)有企業(yè)（包括化石燃料發(fā)電設施的所有者）并不急于以儲能供應商的身份進行市場競爭。美國聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會于2018年發(fā)布的FERC 841號命令要求獨立系統(tǒng)運營商（ISO）使儲能供應商能夠參與區(qū)域市場，這是重要的第一步。美國聯(lián)邦能源監(jiān)管委員通過在2020年發(fā)布的2222號命令又邁出了重要一步，該命令要求獨立系統(tǒng)運營商消除通過聚合商參與區(qū)域市場的分布式能源（包括用戶側儲能系統(tǒng)）的部署障礙。
這些命令需要轉化為可行的市場規(guī)則并與州法規(guī)保持一致，特別是在整合批發(fā)市場以及儲能系統(tǒng)的部署和客戶價值方面。在加利福尼亞州，加州公用事業(yè)委員會(CPUC)和加州獨立系統(tǒng)運營商(CAISO)已經(jīng)在這種整合方面做了大量工作，這可能得益于加州獨立系統(tǒng)運營商(CAISO)是具有綜合的單一監(jiān)管框架和氣候政策制度來指導其行動。對于其他州的獨立系統(tǒng)運營商(CAISO)而言，這種整合可能更具挑戰(zhàn)性。
制定協(xié)調一致并提供效率激勵的州和聯(lián)邦的規(guī)則并非易事，但這對于具有高比例可再生能源的電力系統(tǒng)至關重要，其中避免不必要的成本將會要求儲能系統(tǒng)發(fā)揮重要作用。至少，儲能系統(tǒng)供應商必須能夠以批發(fā)現(xiàn)貨市場價格提供電力。在充電時，儲能系統(tǒng)不應被視為一種負載。這意味著儲能系統(tǒng)供應商不應承擔電力系統(tǒng)固定成本的負擔，除非基于成本考慮有明確的理由這樣做。例如，如果將儲能系統(tǒng)添加到電力系統(tǒng)不會產(chǎn)生傳輸互連成本，那么應該允許參與容量和輔助服務市場，并認識到儲能系統(tǒng)的儲能容量將隨著持續(xù)時間而變化。
建議8.3 美國聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(FERC)、各州監(jiān)管機構和獨立系統(tǒng)運營商（ISO）應改革和調整市場規(guī)則，以使基于電網(wǎng)的儲能和配電供應商能夠有效參與批發(fā)能源和輔助服務市場，這些規(guī)則改革應允許聚合商參與批發(fā)市場。
由于美國許多地區(qū)存在分散的行業(yè)結構，允許基于客戶和配電級別的資源參與批發(fā)市場會引發(fā)復雜的市場設計問題。盡管如此，這種分布式能源資產(chǎn)日益增長的重要性以及它們可以提供的潛在好處使其成為一個需要解決的重要問題。最大限度地降低電力系統(tǒng)成本，將要求允許供應商以批發(fā)能源價格買賣，并根據(jù)輸配電損失進行調整（并允許參與輔助服務和容量市場），正如FERC 2222號命令所要求的那樣。高效的運營還可能要求電力系統(tǒng)運營商能夠跟蹤發(fā)電設施和儲能系統(tǒng)的容量、資源狀態(tài)（例如儲能系統(tǒng)的充電狀態(tài)）和運營情況。
如上所述，已經(jīng)部署了各種容量市場設計和其他容量補償機制，以通過補充從能源和輔助服務市場獲得的收入來鼓勵對發(fā)電設施的投資。這些努力的結果好壞參半，需要頻繁地改變市場設計?，F(xiàn)有的容量市場機制最初是為可調度的公用事業(yè)規(guī)模發(fā)電系統(tǒng)設計的。在此類系統(tǒng)中，裝機容量是衡量電力系統(tǒng)供電能力的一個良好的衡量標準，通常在炎熱夏季的需求峰值期間，或者不太常見的情況下（例如非常寒冷的冬天）。
計算可再生能源發(fā)電設施和儲能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)滿足電力需求時提供的電力更加復雜。從本質上講，它需要檢查：(1)電力供應的概率分布，包括裝機容量和用戶側供應商；(2)電力需求的概率分布。分析電力需求需要適當考慮不同類型可再生能源發(fā)電設施的預期發(fā)電量之間的相關性，以及可再生能源供應和能源需求之間的相關性，這兩者都會對天氣條件的變化更加敏感。例如在炎熱的傍晚，具有高比例可再生能源的電力系統(tǒng)可能會面臨更大的供電壓力。
作為經(jīng)濟范圍內的脫碳戰(zhàn)略的一部分，供暖的電氣化也可能增加冬季需求峰值期間對容量規(guī)劃的相對重要性。此外，任何特定類型的可再生能源發(fā)電設施的預期容量貢獻將取決于發(fā)電結構。例如，太陽能發(fā)電量的份額越高，電力系統(tǒng)的供電壓力就越有可能發(fā)生在下午晚些時候或傍晚（在電力需求達到峰值之后），此時太陽能發(fā)電量正在下降或為零。例如，加利福尼亞州在2020年8月發(fā)生的減載發(fā)生在需求高峰時間之后，并且發(fā)生在傍晚凈高峰需求期間，也就是太陽下山期間。
盡管現(xiàn)有容量機制正在調整以考慮可再生能源發(fā)電的有效承載能力（ELCC），但采用大量儲能系統(tǒng)的電力系統(tǒng)可以充分調整這些機制，這將帶來新的市場設計挑戰(zhàn)。與可再生能源發(fā)電設施不同，完全或部分充電的儲能系統(tǒng)可以提供的電力不太可能隨時間變化很大。然而，儲能系統(tǒng)可以提供電力的時間受到儲能系統(tǒng)的持續(xù)時間以及充電狀態(tài)的限制。
任何給定時刻的充電狀態(tài)將由先前的運營決策決定。由于電力系統(tǒng)在峰值期間的價格更高，因此儲能系統(tǒng)運營商將有動力在這一時期之前將其儲能系統(tǒng)放電。然而，電力系統(tǒng)的電力需求無法精準地預測。此外，隨著更多具有特定設計和持續(xù)時間（例如四個小時）的儲能系統(tǒng)被添加到電力系統(tǒng)中，它們的有效承載能力（ELCC）將開始下降。需要制定市場規(guī)則來應對這些挑戰(zhàn)，并確定儲能資源可以提供的容量價值，以滿足可靠性標準。
建議8.4 獨立系統(tǒng)運營商（ISO）應該：重新設計適用于可再生能源發(fā)電設施和儲能系統(tǒng)的現(xiàn)有容量機制，考慮到可再生能源發(fā)電間歇性以及儲能容量有限的事實；增加對考慮這些因素的綜合資源規(guī)劃的依賴。
電力系統(tǒng)規(guī)劃者和運營商面臨一個基本問題：目前尚不清楚如何為具有高比例可再生能源的電力系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)的設置資源充足標準。取決于預期壓力事件的性質、持續(xù)時間、能量受限，這似乎存在復雜的權衡。研究團隊認為這個問題還沒有得到解決。
與其希望對當前市場設計的修改會產(chǎn)生可接受的結果，不如在短期內實施結構良好的綜合資源規(guī)劃流程，類似于可以采用的規(guī)劃流程通過垂直整合的公用事業(yè)公司為不同規(guī)模的可再生能源和儲能容量設定目標。即使認識到綜合資源規(guī)劃在過去并不總是奏效，其部分原因是規(guī)劃者傾向于盡量減少不確定性，美國的一些垂直整合公用事業(yè)公司可能已經(jīng)在這方面取得了最大的進展。這些公司在管理向脫碳系統(tǒng)的過渡方面可能具有優(yōu)勢，因為它們能夠在內部捕獲所有相關的價值流。
最后，正如第7章所討論的，部署儲能系統(tǒng)具有延遲或取代輸配電基礎設施投資的能力，在電力需求快速增長的電力系統(tǒng)中非常有價值。儲能系統(tǒng)的有效使用要求儲能系統(tǒng)提供者獲得這些好處。因此儲能系統(tǒng)必須：（1）完全集成到獨立系統(tǒng)運營商（ISO）管理的傳輸規(guī)劃流程中；(2)允許與傳統(tǒng)的輸配電方案競爭；(3)根據(jù)美國聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會（FERC）第1000號命令，提供可靠性、發(fā)電效率或公共政策服務作為基于電力線路選項的補償。有效整合儲能高對比度還需要允許提供相關服務的儲能系統(tǒng)參與電力批發(fā)市場。實現(xiàn)這一目標需要州政府和聯(lián)邦政府的支持。
建議8.5 美國聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會（FERC）應將儲能系統(tǒng)整合到輸電規(guī)劃流程中，而州監(jiān)管機構應要求將儲能整合到配電系統(tǒng)規(guī)劃中，并且應允許儲能設備在實際可行的情況下提供批發(fā)電力市場服務。
該建議也適用于依賴垂直整合公用事業(yè)公司的市場結構，重點是開發(fā)監(jiān)管框架和市場設計，以識別儲能系統(tǒng)可以提供的全套價值流（關于批發(fā)電力、輸電、配電和客戶側服務），而不會夸大它們的綜合價值。
8.6 零售電價和經(jīng)濟范圍內的脫碳
目前，美國大多數(shù)住宅和小型商業(yè)和工業(yè)客戶的零售電價不會隨時間變化，也不會因現(xiàn)貨批發(fā)價格所反映的電力水平的電力系統(tǒng)條件而變化。這些以千瓦時收費為主的電價不鼓勵甚至無法對電力邊際價值的變化做出需求響應。因此，它們與配電效率不一致。隨著可再生能源發(fā)電設施和儲能系統(tǒng)發(fā)揮更大的作用以及隨著電力現(xiàn)貨價格（或者在垂直整合公用事業(yè)的情況下，系統(tǒng)邊際成本）變得越來越高，引入更高效的電費設計的好處將會快速上升。
此外，商業(yè)和工業(yè)客戶經(jīng)常根據(jù)他們在電力系統(tǒng)峰值需求期間的需求支付大量費用，這會激勵他們投資于可用于減少其重合峰值（CP）的需求，從而減少電力費用。通常情況下，這些投資構成了一種不太經(jīng)濟的形式，因為它們減少了儲能投資者的賬單，卻沒有在電力系統(tǒng)范圍內提供相應的收益，從而將成本回收的負擔轉移給其他客戶。在高比例可再生能源的電力系統(tǒng)中，其效果可能是將需求轉移到凈峰值需求期間，從而進一步加重電力系統(tǒng)的壓力。
近期對大客戶的重合峰值（CP）需求收費改革似乎既可行，也越來越重要。隨著儲能成本的持續(xù)下降，大客戶避免基于重合峰值（CP）的需求費用的盈利機會將會增加。如果不解決這個問題，大客戶將顯著地減少通過需求收費收取的收入，從而將支付公用事業(yè)成本的負擔大幅轉移到其他類別客戶。這將對電力系統(tǒng)總成本和公平性產(chǎn)生不利影響。避免這些影響將需要重新設計零售費率，以通過不同類型的需求收費來收回儲能系統(tǒng)的成本。
建議8.6 各州監(jiān)管機構應該用對電力系統(tǒng)供應成本影響的衡量標準來代替對客戶的重合峰值（CP）需求收費，因為這些衡量標準不太容易被實施。
在這一點上，理想、高效和公平的零售電費設計的最佳方法并不明顯，需要大量的額外研究工作。雖然許多組織都在探討費率設計問題，而繼續(xù)當前研究的努力至關重要——其中包括努力分析將零售價格的邊際成本與批發(fā)價格變化緊密聯(lián)系起來的零售電費機制，以及允許零售供應商的自愿合同選擇以響應批發(fā)價格調整客戶的電力需求。適合這種模式的空調和熱水器已經(jīng)存在多年，深受消費者歡迎。這些選項可能需要擴展以包括其他負載，例如電動汽車充電和客戶擁有的儲能系統(tǒng)。此外，限制高批發(fā)價格對住宅和小型商業(yè)和工業(yè)客戶的影響以換取固定付款的設計值得進一步研究。
建議8.7 美國能源部(DOE)應與各州監(jiān)管機構合作，增加對獨立研究的支持，包括支持精心設計的隨機對照實驗，旨在促進儲能部署，并鼓勵其廣泛采用。
可以說，本章和第6章中所有建議的責任都應由美國能源部(DOE)負責，同時提供充分反映所涉及主題的高度重要性和復雜性的資金水平。
兩個重要但相互競爭的原則應指導對零售電費設計的繼續(xù)研究。首先，有效的電氣化和基于客戶的發(fā)電和儲能的有效投資，要求邊際成本可以隨著包括碳排放限制成本在內的批發(fā)現(xiàn)貨價格而變化。正如研究團隊在第6章中所展示的，與沒有碳排放限制的政策相比，致力脫碳將會增加平均電力成本。在這種情況下，實現(xiàn)高效和快速的電氣化意味著客戶必須能夠調整他們的需求，以避免高成本時期并利用現(xiàn)貨價格很低，尤其是給電動汽車充電。另一方面，正如德克薩斯州的一些客戶最近了解到的那樣，將零售電價的發(fā)電部分直接與電力批發(fā)現(xiàn)貨價格掛鉤將使小客戶面臨潛在的巨大財務風險。但是，可以通過公用事業(yè)公司或競爭性零售企業(yè)之間的各種具有保險功能的遠期合同或負荷控制安排來降低這種風險，同時保持有效的邊際成本供應商和客戶。此類合同或安排可以利用智能計量、通信和控制技術來降低消費者的風險，同時將部分零售價格與批發(fā)價格聯(lián)系起來。需要更詳細地探索潛在的零售電力費率設計，以評估替代定價和合同機制的分配效率特性及其收入分配特性。
第二個競爭原則來自這樣一個事實，即具有儲能系統(tǒng)的高比例可再生能源的電力系統(tǒng)的大部分成本將在短期內減少。此外，鑒于基于第6章的建模的未來電力系統(tǒng)中預計會出現(xiàn)極端的現(xiàn)貨價格波動，以及在當今波動較小的系統(tǒng)中幾乎無處不在的容量機制，似乎不可避免的是，價格上限和容量機制在高比例可再生能源的電力系統(tǒng)中將變得更加重要。這些容量機制的收入還需要支付可再生能源發(fā)電設施的大部分成本，并且可能還包括儲能系統(tǒng)的成本。與此同時，對所有客戶征收的高額而統(tǒng)一的固定費用顯然是不公平的。因此，需要進一步研究以確定向零售消費者提供有效價格信號的替代制度，其中相當一部分消費者的賬單與當前消費無關。公眾和政策制定者也必須普遍認為潛在有用的費率設計是公平的。
即使研究機構就最佳零售費率設計達成共識，實施必要的零售定價改革也很大程度上取決于美國各州監(jiān)管機構。公用事業(yè)公司通常不受州零售費率監(jiān)管，競爭性零售商必須有一定的自由度來設計自己的費率結構。而一些客戶將受益于零售費率設計的變化，而另一些客戶則會看到更高的成本。這些分配效應將導致監(jiān)管過程中的爭議，并可能破壞零售費率設計的有效變革。
大型工業(yè)客戶已經(jīng)更有可能面臨隨實際或預期電力系統(tǒng)條件變化的零售價格，部分原因是他們通常被認為比客戶更能管理價格風險。在存在零售競爭的州，客戶通常會與競爭的零售供應商協(xié)商其個人合同的條款和條件。
8.7 結論和要點
本章考慮了替代的監(jiān)管和政策安排如何使儲能系統(tǒng)能夠以盡可能低的成本實現(xiàn)脫碳的更廣泛目標。未來的脫碳電力系統(tǒng)由于對可再生能源(VRE)發(fā)電設施和儲能系統(tǒng)的依賴性更大，將帶來新的運營和融資挑戰(zhàn)，以及監(jiān)管和市場設計方面的復雜挑戰(zhàn)。本章中包含的建議以及隨后的內容摘要中的建議旨在應對這些挑戰(zhàn)。
?隨著間歇性可再生能源發(fā)電技術的普及，2050年的電力系統(tǒng)將需要應對前所未有的電力供應波動。儲能系統(tǒng)將在這些系統(tǒng)中發(fā)揮更大的作用。
?第6章中建模的脫碳電力系統(tǒng)的兩個特征對市場和治理機構的設計具有特別重要的意義。首先是批發(fā)現(xiàn)貨價格的分布非常不同。第二個是電網(wǎng)規(guī)模和客戶場所的儲能系統(tǒng)是電力系統(tǒng)其他元素的潛在替代品。
?美國各州和聯(lián)邦監(jiān)管機構需要增加人員配置和預算，以增強其設計和實施監(jiān)管機制的能力，這些機制可以指導向具有儲能系統(tǒng)的高比例可再生能源的電力系統(tǒng)的過渡。
?各州監(jiān)管機構應制定規(guī)則，允許安裝在客戶場所的儲能系統(tǒng)和發(fā)電資產(chǎn)所有者根據(jù)適當?shù)臈l款和條件向其所在地理足跡內的垂直整合公用事業(yè)公司出售服務，以促進有效投資和使用用戶側發(fā)電設施和儲能系統(tǒng)。
?制定有效又一致的各州和聯(lián)邦規(guī)則并不簡單，但這對于未來的高比例可再生能源的電力系統(tǒng)至關重要。美國聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(FERC)、各州監(jiān)管機構和獨立系統(tǒng)運營商（ISO）應該改革和調整市場規(guī)則，以使基于電網(wǎng)的儲能和配電供應商能夠有效參與批發(fā)能源和輔助服務市場。而這些改革后的規(guī)則應允許聚合商參與批發(fā)市場。
?需要制定市場規(guī)則，使容量機制適應可再生能源發(fā)電的有效承載能力，并確定儲能資源可以提供的容量值以滿足可靠性標準。獨立系統(tǒng)運營商（ISO）應該重新設計適用于可再生能源發(fā)電和儲能秕的現(xiàn)有容量機制。
?儲能系統(tǒng)可以為輸配電系統(tǒng)帶來好處，這在快速增長的電力系統(tǒng)中尤為重要，例如第7章中討論的那些案例。為了有效地實現(xiàn)這些好處，美國聯(lián)邦監(jiān)管機構應將儲能系統(tǒng)整合到輸電規(guī)劃過程中，而各州監(jiān)管機構應開要求整合配電系統(tǒng)規(guī)劃中的儲能系統(tǒng)。此外，應該允許儲能系統(tǒng)在實際可行的情況下提供批發(fā)電力市場服務。
?理想、高效和公平的零售電價設計的最佳方法在這一點上并不明顯，但很明顯，必須減少對統(tǒng)一收費的總體依賴，而且很可能更大比例的收入必須通過不會隨當前消費而變化的收費來增加。需要進行大量的研究。美國能源部應與各州監(jiān)管機構合作，加強對旨為具有儲能系統(tǒng)的高比例可再生能源的電力系統(tǒng)的高效和公平的零售費率設計。
?即使研究機就最佳的零售電費設計達成共識，實施改革仍在很大程度上取決于各州監(jiān)管機構。一些客戶將受益于零售費率設計的變化，而另一些客戶則可能支付更高的成本。一些州的零售電費競爭進一步增加了監(jiān)管復雜性。減少不利影響的有效機制應更多地考慮這樣的影響。
（未經(jīng)允許，嚴禁轉載，不足之處，歡迎批評指正，未完待續(xù)）
