Frederich Kahrl，王軒，Max Dupuy
正如世界上其他國(guó)家一樣，中國(guó)電力行業(yè)要走向零碳發(fā)展的未來(lái)，需要有靈活性資源的支持。儲(chǔ)能，特別是電化學(xué)儲(chǔ)能，由于近年來(lái)成本大幅度降低，以及其多重應(yīng)用價(jià)值，前景越來(lái)越光明。并網(wǎng)儲(chǔ)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(yùn)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(jià)格波動(dòng)等作用。根據(jù)CNESA儲(chǔ)能項(xiàng)目庫(kù)的統(tǒng)計(jì)，到2019年底，中國(guó)已投運(yùn)儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)32.3 GW， 其中抽水蓄能約30GW，電化學(xué)儲(chǔ)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(guó)需要增加儲(chǔ)能裝機(jī)容量，累計(jì)達(dá)到300GW，才可支持波動(dòng)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(duì)儲(chǔ)能友好的政策和市場(chǎng)的雙重作用下才能實(shí)現(xiàn)。
2020年8月底，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局對(duì)《關(guān)于開(kāi)展“風(fēng)光水火儲(chǔ)一體化”“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”的指導(dǎo)意見(jiàn)》公開(kāi)征求意見(jiàn)，在業(yè)界引起了廣泛的反響。兩個(gè)“一體化”提出要根據(jù)必要性和可行性優(yōu)化儲(chǔ)能規(guī)模，建立靈活高效互動(dòng)的電力運(yùn)行與市場(chǎng)體系，落實(shí)儲(chǔ)能參與市場(chǎng)的機(jī)制。
然而，中國(guó)現(xiàn)階段無(wú)論是用戶側(cè)、發(fā)電側(cè)或者電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能，應(yīng)用場(chǎng)景都比較單一，缺乏互相協(xié)調(diào)且系統(tǒng)優(yōu)化的運(yùn)行模式，對(duì)未來(lái)大規(guī)模發(fā)展儲(chǔ)能形成了阻礙。從國(guó)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，電力現(xiàn)貨市場(chǎng)為儲(chǔ)能提供了可觀的收益，是儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)商業(yè)價(jià)值的主要渠道。這一篇短文中，我們主要分享加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行商（CAISO）抽水蓄能以外的電儲(chǔ)能參與市場(chǎng)模式，希望能為中國(guó)政策制定者提供借鑒。
電化學(xué)儲(chǔ)能如何參與CAISO市場(chǎng)
美國(guó)聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)（FERC）于2018年發(fā)布了Order 841，要求RTO/ISO區(qū)域電力市場(chǎng)制定規(guī)則為儲(chǔ)能公平參與電力市場(chǎng)掃清障礙。841法令規(guī)定在考慮物理和運(yùn)行特征的基礎(chǔ)上，允許電儲(chǔ)能參與容量、電量、輔助服務(wù)市場(chǎng)，并基于市場(chǎng)價(jià)格對(duì)其服務(wù)進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償。按照FERC的要求，各ISO/RTO隨后在現(xiàn)有的市場(chǎng)規(guī)則之上制定或者完善了電儲(chǔ)能參與市場(chǎng)的模式。其中，加州獨(dú)立運(yùn)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(yùn)行的電池裝機(jī)容量，在美國(guó)各區(qū)域電力批發(fā)市場(chǎng)中名列前茅。根據(jù)加州綜合資源規(guī)劃預(yù)計(jì)，CAISO到2030年會(huì)有15GW儲(chǔ)能資源，其中主要（12GW以上）是電化學(xué)儲(chǔ)能。這意味著10年后CAISO的儲(chǔ)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(yùn)行。
CAISO早在2012年就開(kāi)始發(fā)展和貫徹儲(chǔ)能參與市場(chǎng)模式以推動(dòng)儲(chǔ)能與其他資源公平競(jìng)爭(zhēng)并獲得合理補(bǔ)償。CAISO主要通過(guò)非發(fā)電資源模式（NGR，Non-Generator Resource），允許儲(chǔ)能資源參與雙邊容量市場(chǎng)，電能量市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)。NGR的定義是 “具有連續(xù)運(yùn)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(chǔ)能控制系統(tǒng)已經(jīng)可以支持從放電到充電的近實(shí)時(shí)切換，可以完成精確快速的響應(yīng)，但是電池儲(chǔ)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(chǎng)，但不能同時(shí)參與電能量市場(chǎng)和運(yùn)行備用市場(chǎng)。
另外，用戶側(cè)儲(chǔ)能（表后）也可以以單獨(dú)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(chǎng)。但是在這種模式下，需要基線來(lái)測(cè)量需求響應(yīng)資源的實(shí)際績(jī)效。下面主要從幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)來(lái)介紹NGR儲(chǔ)能如何參與CAISO的電能量和輔助服務(wù)市場(chǎng)。
1、資質(zhì)要求
對(duì)于NGR，同其他發(fā)電機(jī)組一樣，電儲(chǔ)能必須滿足CAISO的相關(guān)基本要求（例如，調(diào)度運(yùn)行、遙測(cè)和計(jì)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(chǎng)的發(fā)電側(cè)最小規(guī)模改為100kW。如果NGR參與細(xì)分市場(chǎng)則必須滿足相應(yīng)市場(chǎng)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(chǎng)和雙邊容量市場(chǎng)對(duì)于資源連續(xù)最短運(yùn)行時(shí)間會(huì)有具體的要求。CAISO允許電儲(chǔ)能根據(jù)自身運(yùn)行特征，在報(bào)價(jià)時(shí)降低可調(diào)度容量，以滿足相應(yīng)市場(chǎng)的最短運(yùn)行時(shí)間。
2、報(bào)價(jià)
在電能量市場(chǎng)上，電儲(chǔ)能NGR可以提交電能量報(bào)價(jià)曲線，包括充電報(bào)價(jià)（-MW）和放電報(bào)價(jià)（+MW）（如下圖），這種報(bào)價(jià)曲線允許電儲(chǔ)能在一個(gè)單獨(dú)的報(bào)價(jià)中，反映其經(jīng)濟(jì)可行的運(yùn)行區(qū)間，儲(chǔ)能可以作為發(fā)電、負(fù)荷或者兩者同時(shí)參與市場(chǎng)。此外，電儲(chǔ)能也可以提交“價(jià)差報(bào)價(jià)”（spread bid）在電價(jià)處于報(bào)價(jià)區(qū)間之外進(jìn)行充電放電；或者自調(diào)度，只報(bào)量作為價(jià)格接受者。
圖 1. 12MW儲(chǔ)能資源的報(bào)價(jià)曲線示例
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3、物理和運(yùn)行特征
電儲(chǔ)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(yùn)行過(guò)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(lái)幫助他們進(jìn)行優(yōu)化是電儲(chǔ)能參與市場(chǎng)關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題。在CAISO，電池儲(chǔ)能可以在報(bào)價(jià)時(shí)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(chǎng)優(yōu)化時(shí)體現(xiàn)這些參數(shù)?；蛘咚麄円部梢赃x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(shí)運(yùn)行之后他們希望達(dá)到的荷電狀態(tài)，以方便儲(chǔ)能資源本身和調(diào)度的實(shí)時(shí)管理，并保證NGR對(duì)滿足日前電能量市場(chǎng)，輔助服務(wù)以及長(zhǎng)期資源充足等要求不發(fā)生沖突。
從CAISO市場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，目前，電儲(chǔ)能的價(jià)值主要是來(lái)自參與調(diào)頻市場(chǎng)，其次是為了滿足資源充裕度，簽訂雙邊采購(gòu)合同，最后是進(jìn)入電能量市場(chǎng)通過(guò)電價(jià)套利獲得的收入。這個(gè)原因主要是電能量市場(chǎng)電價(jià)的差別幅度較小、高電價(jià)持續(xù)時(shí)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(chǎng)價(jià)格波動(dòng)幅度和頻率的增加，可能會(huì)擴(kuò)大電儲(chǔ)能在電能量市場(chǎng)的參與度和收入。
圖 2 CAISO儲(chǔ)能資源的平均每小時(shí) 調(diào)度安排（2019年7-12月）
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對(duì)中國(guó)的啟發(fā)
中國(guó)正在建設(shè)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)，一些試點(diǎn)例如廣東、浙江以及甘肅已經(jīng)著手完善市場(chǎng)規(guī)則，嘗試將儲(chǔ)能納入電力現(xiàn)貨市場(chǎng)，允許儲(chǔ)能在日前和實(shí)時(shí)電能量市場(chǎng)報(bào)價(jià)，并調(diào)動(dòng)儲(chǔ)能在未來(lái)調(diào)頻和備用輔助服務(wù)市場(chǎng)中的積極性。為了更好地推動(dòng)電化學(xué)儲(chǔ)能無(wú)障礙地參與電力市場(chǎng)，可以考慮以下幾點(diǎn)：
完善現(xiàn)貨市場(chǎng)的設(shè)計(jì)，在電能量和輔助服務(wù)市場(chǎng)中實(shí)施稀缺性資源定價(jià)，讓價(jià)格信號(hào)更好地反映市場(chǎng)的實(shí)時(shí)需求，有助于儲(chǔ)能資源發(fā)揮削峰填谷和平抑市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)的作用。需要協(xié)同優(yōu)化電能量市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)，在合理價(jià)格的基礎(chǔ)上，根據(jù)電儲(chǔ)能所提供的服務(wù)給予相應(yīng)的合理補(bǔ)償。
建立電儲(chǔ)能參與市場(chǎng)模式，有必要首先確認(rèn)市場(chǎng)的資質(zhì)要求，即儲(chǔ)能需要滿足的調(diào)度規(guī)則，計(jì)量和遙測(cè)要求等。第二，明確儲(chǔ)能需要提交給調(diào)度的物理和運(yùn)行技術(shù)參數(shù)（例如，最大最小荷電狀態(tài)，充放電限制，運(yùn)行爬坡率）。第三，制定報(bào)價(jià)具體規(guī)范（例如，在報(bào)價(jià)曲線中可以提交多少量?jī)r(jià)對(duì)）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(fù)荷資源共同參與市場(chǎng)的模式，真正體現(xiàn)“光電風(fēng)電+儲(chǔ)能，需求響應(yīng)+儲(chǔ)能”等混合資源優(yōu)勢(shì)。以充分競(jìng)爭(zhēng)為基礎(chǔ)的合理的市場(chǎng)價(jià)格將會(huì)為儲(chǔ)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(chǔ)能可能帶來(lái)的多重價(jià)值。
參考資料：
欲了解更多關(guān)于FERC 841令，也可見(jiàn)“美國(guó)經(jīng)驗(yàn)：儲(chǔ)能資源如何直接參與現(xiàn)貨市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)？”
https://www.raponline.org/blog/can-storage-resources-compete-directly-spot-markets-view-us-cn
NGR/REM允許電儲(chǔ)能資源報(bào)最高可調(diào)度容量，連續(xù)最小運(yùn)行時(shí)間要求從正常日前調(diào)頻市場(chǎng)的一小時(shí)減少到15分鐘。詳情請(qǐng)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
