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作者：時智勇 王彩霞 胡靜
單位：國網(wǎng)能源研究院有限公司
引用：時智勇,王彩霞,胡靜.獨(dú)立新型儲能電站價格形成機(jī)制及成本疏導(dǎo)優(yōu)化方法[J].儲能科學(xué)與技術(shù),2022,11(12):4067-4076.
DOI：10.19799/j.cnki.2095-
4239.2022.0367
摘 要 新型儲能是支撐新型電力系統(tǒng)的重要技術(shù)和基礎(chǔ)裝備，合理有效的價格機(jī)制是新型儲能發(fā)展的關(guān)鍵。針對獨(dú)立新型儲能電站的價格機(jī)制開展研究，總結(jié)了國外典型國家的實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)，分析了我國儲能電站價格機(jī)制的相關(guān)探索，儲能電站管制定價模式與獨(dú)立參與電力市場均難以支撐其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。在各相關(guān)方責(zé)權(quán)利對等的基礎(chǔ)上，提出了基于傳遞因子的儲能電站價格形成機(jī)制及成本疏導(dǎo)優(yōu)化方法，最后通過案例進(jìn)行說明。結(jié)果顯示，傳遞因子可有效分配儲能容量收益和電力市場收益，保障了各利益相關(guān)方的效益平衡。
關(guān)鍵詞 獨(dú)立；新型儲能；價格機(jī)制；成本疏導(dǎo)
高比例新能源、高比例電力電子裝備的大規(guī)模并網(wǎng)給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和電力電量平衡帶來極大挑戰(zhàn)，電力系統(tǒng)對靈活性資源需求迫切。新型儲能是指除抽水蓄能外，以電力為主要輸出形式的儲能技術(shù)，對推動能源綠色轉(zhuǎn)型、應(yīng)對極端事件、保障電力可靠供應(yīng)等具有重要意義。獨(dú)立新型儲能電站是指直接接入公用電網(wǎng)，功率等級較大，接受統(tǒng)一調(diào)度并獨(dú)立運(yùn)行的儲能設(shè)施，是新型儲能應(yīng)用的主要形式之一。
國家鼓勵新型儲能通過電力市場疏導(dǎo)成本，國家發(fā)展改革委、國家能源局《進(jìn)一步推動新型儲能參與電力市場和調(diào)度運(yùn)用的通知》已明確新型儲能可作為獨(dú)立主體參與輔助服務(wù)、中長期交易、現(xiàn)貨交易等。當(dāng)前，以鋰電池為代表的獨(dú)立新型儲能技術(shù)成本仍然較高，僅通過電力市場難以盈利，社會資本投資建設(shè)新型儲能積極性不高。同時，為加快推動實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)，國家鼓勵新能源發(fā)電企業(yè)自建或購買調(diào)峰能力增加并網(wǎng)規(guī)模，配置儲能已成為多個省份新能源發(fā)電項(xiàng)目開發(fā)的前提條件，加大了新能源電站的經(jīng)營壓力。因此在電力市場改革過渡期和儲能成本相對較高的發(fā)展階段，有必要研究設(shè)計合理的價格機(jī)制，一方面全面反映儲能價值，促進(jìn)儲能發(fā)展；另一方面有效疏導(dǎo)儲能成本，保障各利益相關(guān)方合理承擔(dān)費(fèi)用。
本文主要針對獨(dú)立新型儲能電站(下文簡稱儲能電站)的價格機(jī)制開展研究，總結(jié)了國外典型國家儲能電站價格形成機(jī)制的實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)，闡述了我國儲能電站價格機(jī)制的相關(guān)探索，基于功能與價值的統(tǒng)一、成本與收益的統(tǒng)一、責(zé)權(quán)利的統(tǒng)一設(shè)計原則，提出了引入傳遞因子的儲能電站價格形成機(jī)制及成本疏導(dǎo)優(yōu)化方法，最后通過案例進(jìn)行說明。
1 國內(nèi)外儲能電站價格機(jī)制
1.1 國外儲能電站價格機(jī)制經(jīng)驗(yàn)
儲能電站的價格機(jī)制多由自身的角色定位來確定，文獻(xiàn)[5]將國外儲能設(shè)施分為單一市場主體、單一被管制主體和同時作為市場主體和被管制主體三類。其中，儲能電站作為被管制主體是將其歸屬為輸配電資產(chǎn)納入監(jiān)管，并通過輸配電價或銷售電價回收，即管制定價；作為市場主體是指儲能電站通過參與電力市場獲利，由競爭產(chǎn)生價格，即市場定價。
儲能設(shè)施能否作為輸配電資產(chǎn)是管制定價的關(guān)鍵，各國仍在探索中。英國禁止電力系統(tǒng)運(yùn)營商(electrical system operator，ESO)直接投資運(yùn)營儲能資源。歐盟禁止輸電運(yùn)營商(TSO)和配電運(yùn)營商(DSO)擁有并運(yùn)營儲能系統(tǒng)，提倡通過從第三方購買服務(wù)。美國聯(lián)邦能源管理委員會(Federal Energy Regulatory Commission，F(xiàn)ERC)原則上不允許獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商(independent system operator，ISO)擁有儲能資產(chǎn)，紐約州、德州的監(jiān)管機(jī)構(gòu)禁止公用事業(yè)公司擁有儲能資產(chǎn)，但考慮儲能在電力可靠供應(yīng)和系統(tǒng)安全運(yùn)行方面的重要作用，加州(CAISO)、賓西法尼亞-新澤西-馬里蘭(PJM)、美國中部(MISO)等各ISO探索儲能作為輸電資產(chǎn)并獲取收益的可能性，如CAISO提出了SATA(storage as a transmission asset)一種新的合約機(jī)制，MISO將儲能作為單一輸電資產(chǎn)的提案，已經(jīng)得到了FERC批準(zhǔn)通過。意大利電力監(jiān)管部門允許電力公司建設(shè)和運(yùn)營用于輸電網(wǎng)安全運(yùn)行、提高可再生能源滲透率和用于調(diào)度服務(wù)的發(fā)電設(shè)施，Terna電力公司為解決西西里島和撒丁島可靠供電投資建設(shè)了1.6萬千瓦儲能設(shè)施，項(xiàng)目經(jīng)過經(jīng)濟(jì)發(fā)展部和監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)后，相應(yīng)成本享受相應(yīng)的資產(chǎn)回報(regulated asset base，RAB)。韓國實(shí)施電網(wǎng)運(yùn)營與電力調(diào)度一體化管理，韓國電力公司KEPCO提出“系統(tǒng)穩(wěn)定公共儲能建設(shè)計劃”，到2022年底建設(shè)128萬千瓦時電池系統(tǒng)，并獲得政府電力基礎(chǔ)設(shè)施基金支持。
參與電力市場是歐美等國儲能應(yīng)用的主要形式，因此，市場定價也是主要的價格形成機(jī)制。儲能電站參與電能量市場(中長期交易、現(xiàn)貨交易)、輔助服務(wù)市場(調(diào)頻、備用)、容量市場，通過雙邊協(xié)商、集中競價、集中撮合、拍賣等方式形成價格。電能量批發(fā)市場方面，美國主要ISO采取統(tǒng)一運(yùn)營模式，日前、實(shí)時執(zhí)行全電量出清形成市場價格。英國儲能設(shè)施通過雙邊交易形成價格和電力曲線或通過集中競價參與平衡市場。輔助服務(wù)市場方面，美國PJM、英國、澳大利亞等均推出了針對快速調(diào)頻資源的調(diào)頻輔助服務(wù)市場以提升系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性，并突出了按效果付費(fèi)的補(bǔ)償機(jī)制。容量市場方面，美國PJM、英國主要通過競價或拍賣方式形成容量價格，儲能由于受放電時長的限制，均設(shè)定了容量補(bǔ)償系數(shù)，儲能放電時長越短系數(shù)越低。與此同時，歐美等國均允許儲能電站可同時參與電能量、輔助服務(wù)和容量等多種市場，提升了儲能盈利水平。美國能源信息署(Energy Information Administration，EIA)對截至2020年底美國公用儲能電站(容量大于1兆瓦)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行統(tǒng)計，如圖1所示：約有885兆瓦(占公用事業(yè)規(guī)模電池總?cè)萘康?9%)用于頻率響應(yīng)，583兆瓦(占比39%)用于爬坡或備轉(zhuǎn)容量，586兆瓦(占比37%)參與現(xiàn)貨市場。
1.2 我國儲能電站價格機(jī)制探索
在管制定價方面，儲能電站價格機(jī)制的研究主要參考抽水蓄能的兩部制電價政策。容量電價核定方面，體現(xiàn)儲能電站提供調(diào)頻、調(diào)壓、備用和黑啟動等系統(tǒng)價值，通過對標(biāo)行業(yè)先進(jìn)水平合理確定核價參數(shù)，按照經(jīng)營期定價法核定容量電價，容量電價覆蓋儲能電站的固定投資、充放電損耗等；電量電價以競爭性方式形成或執(zhí)行當(dāng)?shù)氐碾妰r政策?；趦刹恐齐妰r，文獻(xiàn)[17]提出儲能標(biāo)桿電價方案，電費(fèi)納入電網(wǎng)公司購電成本，從銷售電價予以疏導(dǎo)。文獻(xiàn)[18]在測算財務(wù)收益與價值效益的基礎(chǔ)上，分析了將電網(wǎng)替代性儲能成本納入輸配電價回收的合理性。從鋰離子儲能電站投資成本來看，其容量電費(fèi)遠(yuǎn)高于515元/(kW?月)的抽水蓄能平均容量電費(fèi)，若新型儲能大規(guī)模應(yīng)用容量電價并通過輸配電價疏導(dǎo)勢必推高終端電價。因此，該類定價模式適用于兩類場景，一類是當(dāng)前造價較高但技術(shù)先進(jìn)且未來具有商業(yè)化應(yīng)用前景的示范項(xiàng)目，如目前已批復(fù)的200 MW/800 MWh大連液流電池儲能調(diào)峰電站國家示范項(xiàng)目；另一類是電力系統(tǒng)保安全、保供應(yīng)運(yùn)行需要，且其他替代方案經(jīng)濟(jì)性不足或無法通過市場盈利但必須配置的儲能項(xiàng)目。
推動儲能通過市場盈利是我國儲能發(fā)展的基本方向，國家和地方政府積極推動電力市場化改革，為儲能商業(yè)化應(yīng)用創(chuàng)造條件。目前，已經(jīng)明確了儲能電站中長期交易市場主體身份，不斷擴(kuò)大現(xiàn)貨試點(diǎn)范圍，山東等部分省份明確將儲能納入現(xiàn)貨交易，不斷完善輔助服務(wù)市場化運(yùn)營和補(bǔ)償機(jī)制，為儲能電站參與交易提供了更多可能。從實(shí)際成效來看，一方面，儲能電站成本仍然較高，在市場上難以與火電、抽蓄等其他替代資源相競爭；另一方面，市場機(jī)制尚不完善，儲能在單一市場中的利用率較低，多重價值、系統(tǒng)價值難以得到全面體現(xiàn)。因此，儲能電站僅通過電力市場還難以實(shí)現(xiàn)盈利。
在能源低碳轉(zhuǎn)型與電力市場改革“雙期”疊加階段，儲能電站政府兩部制定價模式和獨(dú)立參與電力市場均難以支撐其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。通過市場盈利是儲能電站未來主要發(fā)展趨勢，在此過渡期內(nèi)，需要對儲能電站有效的價格形成機(jī)制進(jìn)一步探索。
2 儲能電站價格機(jī)制設(shè)計原則
2.1 功能與價值的統(tǒng)一
儲能電站在空間上可以實(shí)現(xiàn)容量共享，在時間上可以實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移，因此在價格機(jī)制設(shè)計上既要考慮容量價值也要考慮電量價值。容量方面主要包括一次調(diào)頻、調(diào)壓、黑啟動、緊急備用等，其價值主要體現(xiàn)在保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、保障電力可靠供應(yīng)、延緩電力設(shè)施擴(kuò)容改造、緩解線路擁塞等，評價指標(biāo)主要包括充放電功率、響應(yīng)時間、調(diào)節(jié)速度、調(diào)節(jié)精度等。儲能電站的電量價值主要通過能量時移來實(shí)現(xiàn)，包括電力系統(tǒng)削峰填谷、促進(jìn)新能源消納以及平抑電力現(xiàn)貨的價格波動等，并通過運(yùn)營的指標(biāo)體現(xiàn)，包括充放電價格、充放電效率、充放電持續(xù)時長等。
2.2 成本與收益的統(tǒng)一
儲能電站項(xiàng)目的投資收益率需要達(dá)到一定的合理水平，方可實(shí)現(xiàn)價格機(jī)制設(shè)計的有效性。儲能電站容量的應(yīng)用具有時間不確定、調(diào)用容量大小不固定的特點(diǎn)，但對于系統(tǒng)運(yùn)行可備而不用，不能用而無備，其特點(diǎn)決定了儲能電站在常規(guī)的電力市場中難以獲得穩(wěn)定的收益。儲能電站容量成本主要由固定投資決定，因此需要建立穩(wěn)定的容量收益機(jī)制保障固定投資的回收。儲能電站電量收益由短期的電力供需關(guān)系決定，因此推動儲能常態(tài)化參與電力市場，通過市場競爭形成價格，不斷擴(kuò)大電量帶來的收益。
2.3 責(zé)權(quán)利的統(tǒng)一
責(zé)權(quán)利的統(tǒng)一是儲能電站成本疏導(dǎo)的關(guān)鍵。圖2所示為新能源電站、電網(wǎng)運(yùn)營商、儲能電站開發(fā)商的關(guān)系圖，對于調(diào)峰資源不足的地區(qū)，新建新能源電站需要承擔(dān)新增調(diào)峰能力的建設(shè)成本，如儲能的容量投資；因高比例新能源、高比例電力電子裝備并網(wǎng)產(chǎn)生的系統(tǒng)頻率、電壓等涉及全網(wǎng)安全穩(wěn)定問題，應(yīng)由電力系統(tǒng)承擔(dān)儲能容量服務(wù)費(fèi)用；因提升電網(wǎng)輸送能力、緩解阻塞，有效替代新建擴(kuò)建輸配電設(shè)施，相關(guān)儲能服務(wù)成本應(yīng)在監(jiān)審要求下通過輸配電價疏導(dǎo)。從承擔(dān)能力上看，新能源電站、電網(wǎng)運(yùn)營商自建儲能一次性投資大，政策風(fēng)險高，儲能利用具有不定時、不定量等特點(diǎn)，多為備用狀態(tài)，利用率不高。相比而言，通過租賃或購買儲能容量服務(wù)年運(yùn)營資金小，政策風(fēng)險低，儲能電站既可以滿足新能源電站、電網(wǎng)運(yùn)營商需求，也可以滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行的需求。
因此，在全面通過市場盈利之前，儲能電站價格機(jī)制首先考慮儲能容量帶來的系統(tǒng)共享和多方獲益的特點(diǎn)，按照“誰受益、誰分擔(dān)”的原則承擔(dān)相應(yīng)的容量成本，保障儲能投資的可持續(xù)性；其次，通過提升儲能電站精益化運(yùn)營和管理水平，擴(kuò)大參與電力市場獲利空間，防止建而不用；最后，要建立容量收益與市場收益之間的合理分配關(guān)系，保障各利益相關(guān)方的效益均衡。
3 基于傳遞因子的儲能電站價格機(jī)制設(shè)計及成本疏導(dǎo)方法
3.1 目標(biāo)函數(shù)
3.1.1 容量成本
儲能電站的容量成本主要為初始投資：
3.1.2 參與電力市場凈收益
（1） 儲能電站參與電力市場類型
如圖3所示，儲能電站參與電力市場的類型主要包括現(xiàn)貨市場、調(diào)峰、調(diào)頻輔助服務(wù)市場。
電力現(xiàn)貨市場中儲能電站在日前、日內(nèi)報量報價與其他電源共同競爭，通過全電量集中優(yōu)化，按節(jié)點(diǎn)邊際價格出清得到現(xiàn)貨交易價格，儲能電站以現(xiàn)貨市場不同時段的出清價格進(jìn)行充放電獲利，其中充電電量不承擔(dān)輸配電價和政府性基金及附加。市場初期，儲能電站可報量不報價，并作為現(xiàn)貨市場出清價格的接受者，提升利用水平。
調(diào)峰輔助服務(wù)市場中，因各類調(diào)峰資源的交易標(biāo)的不同，儲能電站調(diào)峰需獨(dú)立組織，通過雙邊協(xié)商或集中競價形成交易價格，市場按需啟動或定期啟動。集中競價的價格機(jī)制包括儲能電站充放電價以及調(diào)峰補(bǔ)償價格，其中充放電價可采用平進(jìn)平出方式解決。
我國部分省份將獨(dú)立儲能電站納入調(diào)頻輔助服務(wù)市場，儲能電站與其他調(diào)頻電源共同在日前申報調(diào)頻容量、調(diào)頻里程價格，并集中競價出清。調(diào)頻輔助服務(wù)市場定期啟動，執(zhí)行計及調(diào)節(jié)效果的“里程補(bǔ)償”與考慮機(jī)會成本的“容量補(bǔ)償”兩部制價格機(jī)制。
（2） 儲能電站參與電力市場凈收益
① 現(xiàn)貨市場
電力現(xiàn)貨市場運(yùn)行地區(qū)，儲能電站運(yùn)營成本與收益如下。
④ 市場凈收益
三類市場中，調(diào)頻輔助服務(wù)市場充分考慮了容量補(bǔ)償，儲能電站不再具備容量租賃或出售條件，因此參與調(diào)頻輔助服務(wù)市場的儲能電站具有獨(dú)立的價格形成機(jī)制，不在本文探討范圍內(nèi)。現(xiàn)貨市場與調(diào)峰輔助服務(wù)市場本質(zhì)上同屬于電能量市場，開展現(xiàn)貨交易后通常取消了調(diào)峰輔助服務(wù)市場。因此，儲能電站電力市場凈收益為現(xiàn)貨市場凈收益或調(diào)峰輔助服務(wù)市場凈收益。
按當(dāng)前現(xiàn)貨或調(diào)峰輔助服務(wù)市場價格以及儲能利用小時數(shù)測算，儲能電站電力市場凈收益尚不能完全覆蓋儲能成本，同時，現(xiàn)貨市場或調(diào)峰輔助服務(wù)市場本質(zhì)為電能量市場，未考慮儲能容量價值，該模式有待后期儲能電站成本下降和市場機(jī)制的持續(xù)完善。
（3） 引入傳遞因子的容量成本疏導(dǎo)
按照儲能電站價格機(jī)制設(shè)計原則，儲能電站收益包括容量出售和參與電力市場兩部分組成。新能源發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)運(yùn)營商等受益主體承擔(dān)部分容量成本，根據(jù)儲能電站參與電力市場獲利水平，引入傳遞因子，降低容量出售的價格，滿足新能源發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)運(yùn)營商等利益主體購買容量服務(wù)的約束條件，實(shí)現(xiàn)效益的多方均衡分配。
3.2 約束條件
3.2.1 新能源電站租賃儲能容量費(fèi)用約束
對于新能源電站，如果租賃儲能電站費(fèi)用大于自建儲能電站費(fèi)用，新能源發(fā)電企業(yè)將選擇自建儲能。新能源電站自建儲能費(fèi)用按設(shè)計年限進(jìn)行年度等值，計算公式見式(18)。
3.3 案例分析
4 結(jié)論
本文研究了獨(dú)立新型儲能電站的價格形成機(jī)制及成本疏導(dǎo)方法。通過總結(jié)國內(nèi)外儲能電站價格形成機(jī)制的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析得出在能源轉(zhuǎn)型與電力市場深化改革“雙期”疊加階段，政府兩部制定價模式和獨(dú)立參與電力市場均難以支撐儲能電站大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。本文提出了基于傳遞因子的容量出售與市場收益相結(jié)合的儲能電站價格形成機(jī)制，以及多利益主體的成本疏導(dǎo)優(yōu)化分配方法可為當(dāng)前儲能電站商業(yè)化應(yīng)用提供一種思路。案例結(jié)果顯示，當(dāng)傳遞因子處于0.083到0.936范圍內(nèi)，可以有效分配儲能容量收益和市場收益，保障儲能自身合理的收益水平并實(shí)現(xiàn)多利益主體之間的效益平衡。
