中國儲能網(wǎng)訊：加州是美國第一個將可再生能源供電占比目標寫進法律的州。2011年，時任州長EdmundG.Brown簽署了SBX1-2，把到2020年加州可再生能源供電比例達到33%寫進了法律。加州公用事業(yè)委員會（Public Utility Commission of California，CPUC）亦通過制定優(yōu)惠政策和開展項目大力推動可再生能源發(fā)展。自2003年以來，在法規(guī)的支持下，加州已經(jīng)有8248MW的可再生能源達到商業(yè)級規(guī)模，2014年可再生能源裝機量新增3529MW，成為歷年之最。加州三大公用事業(yè)公司（PG&E、SDG&E和SCE）在其2013年所供應(yīng)的電力中，22.7%來自可再生能源。
然而大規(guī)模的可再生能源并網(wǎng)讓加州電力系統(tǒng)運營商壓力陡增。根據(jù)CPUC政策要求，電網(wǎng)需要保證可再生能源接入，為此可再生能源入網(wǎng)競價可以勾選“自安排”（selfschedule）選項，系統(tǒng)默認分配其最低報價-150美元/MW，以保證其優(yōu)先上網(wǎng)。而2014年可再生能源發(fā)展“再創(chuàng)新高”，市場數(shù)次出現(xiàn)供大于求的狀況，因此出現(xiàn)多個負結(jié)算價區(qū)間。這對其他傳統(tǒng)機組以及CAISO影響非常大，核電以及無水壩的水電無法停止運行，火電需要提供輔助服務(wù)，CAISO為了平衡系統(tǒng)，可能不得不中斷部分新能源，然而這又與加州政府的要求背道而馳，如果持續(xù)地不允許新能源上網(wǎng)，就無法達到2020年33%的法律目標。
加州常年陽光充裕，根據(jù)ISO的估算，總負荷約為20000MW，而每天由于可再生能源并網(wǎng)帶來的超負荷供應(yīng)會達到13000MW之多。
野心勃勃的可再生能源計劃給加州電力系統(tǒng)運營帶來的是異常嚴峻的考驗，如何應(yīng)對可能出現(xiàn)的嚴重過量發(fā)電？如何保證傳統(tǒng)機組不蒙受損失的同時，推動可再生能源的發(fā)展？CAISO市場總設(shè)計師劉樹成從運行角度探討加州應(yīng)對可再生能源的10個方法。
發(fā)揮ISO的主導(dǎo)作用
加州的可再生能源發(fā)展步伐遠超預(yù)期，根據(jù)CAISO的估算，到2024年，如果可再生能源供電比例達到40%，2014年已經(jīng)出現(xiàn)的供大于求的形勢會更加嚴峻。
在2013年下半年以前，加州尚未面臨嚴重的過量發(fā)電問題，加之社會對碳排放等環(huán)境因素并未十分敏感，包括靈活多樣性容量（Flexible Variety Capacity）等很多方式以前并沒有被CAISO應(yīng)用，對于儲能、分時電價，ISO也很少涉及。
隨著動態(tài)數(shù)學(xué)模型的完善，ISO對未來十年可再生能源增長對系統(tǒng)的影響有了更精確的估算結(jié)果，加之過量發(fā)電已經(jīng)給CAISO帶來了壓力，CAISO近期已經(jīng)清楚地認識到，在可再生能源問題上，未來十年將要面臨的問題和過去十年曾面臨的容量不足問題是完全不同層面的。目前，CAISO已經(jīng)將很大一部分重心轉(zhuǎn)移到圍繞可再生能源入網(wǎng)的市場設(shè)計上。
新能源的發(fā)展要并入電網(wǎng)，對ISO的運行有非常大的影響，在發(fā)電規(guī)劃中，ISO有必要起到主導(dǎo)作用。
此外，CPUC是根據(jù)法律要求提出了針對新能源并網(wǎng)的設(shè)想，而5年后當可再生能源比例達到33%時，對于供需之間關(guān)系、負荷側(cè)狀態(tài)、可再生能源分布情況、其他資源充足性等問題，CPUC以及其他團體很難有一個細節(jié)的、準確的把握。因此，為了達到法律所設(shè)定的目標，解決可再生能源并網(wǎng)問題，CAISO和PUC等相關(guān)機構(gòu)之間必須通力合作，保持一致。
先解決實時平衡
為了保證實時平衡，ISO對過量發(fā)電的部分只能叫停，減少上網(wǎng)電量。對于超出的部分，按機組報價，由低到高依次上網(wǎng)，報價最高的減少上網(wǎng)量，而對于報價相同的機組，只能采取均攤模式。
讓機組關(guān)停，對于部分燃氣機組不僅僅是發(fā)電成本的問題。燃氣機組靠管道供氣發(fā)電，依據(jù)長期合同和負荷預(yù)測，燃氣機組通常都會有用氣規(guī)劃，并據(jù)此購買相應(yīng)的天然氣。然而一旦被叫停，燃氣機組就必須想辦法處理源源不斷的管道氣，如果儲存起來就是燃料積壓，對于機組而言又是一筆成本，這就又涉及補償問題；如果長時間不允許其發(fā)電，儲存能力有限，對于燃氣電廠壓力就非常大。此外，發(fā)電過量時，為了保證實時平衡，就需要依賴調(diào)度，調(diào)度在系統(tǒng)不平衡的時候就需要啟用輔助服務(wù)，頻繁啟用輔助服務(wù)就會導(dǎo)致一些靈活的機組磨損較為嚴重，影響其效益，發(fā)電商對此亦有微詞。
對此之前FERC曾要求各個ISO/RTO設(shè)計一個輔助服務(wù)出力補償機制，除了前期支付輔助服務(wù)費、容量費，還要按出力再進行彌補。
但這就涉及輔助服務(wù)的成本問題。輔助服務(wù)如果不夠，就會威脅可靠性，違背安全條例，所以市場需要一個強信號，因此輔助服務(wù)價格必須非常高。輔助服務(wù)價格高，而且還需要按出力進行彌補，這些成本應(yīng)該由誰來承擔(dān)？CAISO的設(shè)想是根據(jù)各個電力公司用電的多少，按比例分配，即某地因為當?shù)厍闆r需要更多的輔助服務(wù)備用，它應(yīng)該承擔(dān)更多的成本，MISO的設(shè)想是均攤。
規(guī)劃中考慮電廠應(yīng)變能力
CAISO現(xiàn)在做規(guī)劃，不僅需要考慮有沒有足夠的發(fā)電，還要考慮電廠的應(yīng)變能力，即靈活性。比如說，一個發(fā)電廠只有核電機組，它有足夠的發(fā)電能力，但缺乏靈活性；燃氣輪機雖然成本高，但非常靈活，可以在幾分鐘之內(nèi)迅速啟動。
容量機組也需要更靈活
CAISO有一個可靠性服務(wù)的標準，主要涉及發(fā)電基礎(chǔ)靈活性以及和NERC標準耦合的問題。加州由于尚未形成公開市場，這一部分就不在FERC監(jiān)管之下，而由CPUC監(jiān)管。CPUC有一個“資源充足性標準”（Resourceadequacy），規(guī)定每一個公用事業(yè)公司必須通過雙邊合同的形式購買峰荷的115%的容量。如果ISO認為短期內(nèi)公用事業(yè)公司已有的容量合同不夠用，ISO可以購買1-3個月的容量合同。
容量市場屬于短期的規(guī)劃問題，并不是一個直接的市場問題。以前CAISO只考慮容量的數(shù)量足夠即可，但現(xiàn)在，可再生能源的間歇性讓ISO意識到僅僅數(shù)量上達到要求還不能解決問題，難以即起即停的核電即便參與容量合同，也較難調(diào)用?，F(xiàn)在ISO對容量有了新的“靈活性”標準，不局限于原有的“最大爬坡”要求，還得看爬坡率，看它達到穩(wěn)定輸出需要多久。ISO會審核電力公司提交的容量合同，運用一套較為周密的數(shù)據(jù)模型確定其爬坡能力和爬坡率，嚴格到最小穩(wěn)定輸出后才納入計算。此外，ISO不僅購買輔助服務(wù)以及短期容量合同，它還會購買靈活的多樣容量，因為只有在可持續(xù)性不能保證之時才能啟用輔助服務(wù)，但在非持續(xù)性問題上，ISO仍需要保證這部分容量在線，隨時可調(diào)用。
可再生能源靈活性及風(fēng)險補貼
除了讓傳統(tǒng)機組、容量機組有更多的靈活性，CAISO還希望新能源也能提供靈活性，在供大于求的時候可以暫停入網(wǎng)供電。
在加州，新能源不直接進入批發(fā)市場，而是和電力公司簽訂長期合同，這份合同是新能源發(fā)電商爭取貸款的保障，合同簽訂之后，相應(yīng)的發(fā)電量就會進入市場，為了保證太陽能、風(fēng)能優(yōu)先上網(wǎng)，持有可再生能源合同的電力公司會以負報價競價，同時ISO系統(tǒng)也有“自安排”機制，符合要求的電量在進入市場時可自行勾選“自安排”項目，系統(tǒng)會自動分配-150美元/MW的最低報價。
一旦發(fā)電過剩，系統(tǒng)結(jié)算價格會在短時間內(nèi)真正達到負結(jié)算，加州在去年已經(jīng)多次出現(xiàn)負結(jié)算區(qū)間。負結(jié)算價格的出現(xiàn)對于傳統(tǒng)機組和投資者而言并非積極的信號。然而，如果新能源達到15%-20%的可調(diào)節(jié)性，或?qū)⒂兄诒ＷC資源充足。
加州可再生能源是受政策補貼的，一旦發(fā)電量被降，風(fēng)場所能拿到的補貼就會少于合同電量應(yīng)該得到的補貼，風(fēng)場在參與調(diào)節(jié)上就會面臨損失，就必然不愿意棄風(fēng)。
在這方面就需要PUC的介入，允許公用事業(yè)公司去為風(fēng)場提供賠償或調(diào)節(jié)補償，并將公用事業(yè)公司的這一部分支出按成本算入其每年預(yù)算，在次年可以從配電費等環(huán)節(jié)收回。
但如果公用事業(yè)公司上報的預(yù)算增加，最終會傳導(dǎo)到居民身上，這是一個弊端。然而，如果可再生能源不可調(diào)，需要把核電關(guān)掉，用燃氣輪機發(fā)電，批發(fā)市場成本就會增加，間接會體現(xiàn)在度電電價上。而且關(guān)停核電的成本更高。如果僅補貼風(fēng)電，剩下的其他發(fā)電能力不受影響，所要付出的代價孰輕孰重便可知。
發(fā)展儲能
CPUC在2013年曾出了一個決議，要求到2022年加州要增加1325MW的儲能，超過50MW的抽水蓄能都不能算在其中。在儲能技術(shù)上則沒有限制，系統(tǒng)運營商和監(jiān)管者對形式各樣的可以有一定容量的儲能方式持鼓勵和歡迎態(tài)度，諸如封閉式抽水蓄能、壓縮空氣儲能、冰冷蓄能、電池儲能等。
如果可以在發(fā)電過量的時候把多余的電儲存起來，不僅可以減輕CAISO的壓力，也可以避免資源浪費。
加州的水電占比很大，然而50MW的抽水蓄能電站僅有圣地亞哥的兩個機組，距離CPUC所設(shè)立的目標，加州在儲能方面還需要投入更多建設(shè)。
州內(nèi)創(chuàng)造需求
過量發(fā)電從另一個角度而言就是需求不足，就需要創(chuàng)造需求。
加州政府正在協(xié)調(diào)各方，比如交通方面，不僅大力推行小型電動汽車，也在公交、地鐵等大型交通工具中推動以電作為動力。
電動交通工具的發(fā)展則又涉及儲能，但這種意義上的儲能旨在為了用能而儲能，而非抽水蓄能等為了儲能而儲能。未來的發(fā)展可能會有兩種方向，一是各自充電；二是電池標準化，形成“電池站”。
無論采用何種方式，如果形成集中儲能、集中充電，負荷就會相當大，如果這種大型負荷可以參與需求響應(yīng)，對價格信號做出反應(yīng)甚至提供輔助服務(wù)，對于電網(wǎng)的潛在好處也非常明顯。
延伸一點就是輸配基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，無論未來分布式發(fā)電占比多大，電網(wǎng)都需保有相當規(guī)模的輸配基礎(chǔ)設(shè)施，因而可再生能源發(fā)展并不是一個單方面的增長問題，電網(wǎng)、系統(tǒng)運營商在其中的作用非常重要。
區(qū)域間合作創(chuàng)造需求
FERC下的ISO電力市場通常是跨越州界的，北美電力可靠性委員會（NERC）下有多個可靠性區(qū)域，各個區(qū)域內(nèi)部保證系統(tǒng)平衡，而非僅在州內(nèi)保證供需平衡。
CAISO的市場參與者中亦有很多其他州的發(fā)電商，他們通常進的是日前市場，當確定好次日的出力之后，大部分不再參與次日的實時市場。因為根據(jù)日前競價結(jié)果安排發(fā)電，對州外發(fā)電商而言相對容易，成本較低，也避免了實時市場的風(fēng)險。然而，在實時狀態(tài)下，需求突然降低或可再生能源過量發(fā)電，ISO迫切需要減少發(fā)電、減少進口，此時，州外電力公司在日前市場已經(jīng)競價完成的部分沒辦法叫停，因為他們多數(shù)不進入日前市場，這就給ISO帶來很大負擔(dān)。
州外參與者進來通常是只賣電、不買電，加州本身的過量發(fā)電就賣不出去。2013年加州出現(xiàn)負結(jié)算價格的幾個小時里，進口的電力仍有3000MW左右。
CAISO市場的交易目前有西部WECC下11個州中7個州的參與者，CAISO希望將這些電力公司納入為ISO的全市場成員（FullMember），既參與日前市場，也參與實時市場。但CAISO的全稱是“加州獨立系統(tǒng)運營商”，和PJM、SPP、MISO等區(qū)域系統(tǒng)運營商不同，納入新成員除了需要經(jīng)過FERC審批，還需州政府同意。這就是復(fù)雜所在，加州PUC的五個理事會成員由加州州長任命，州議會審批通過。一旦擴展到其他州，不僅加州州政府要統(tǒng)一，其他各州州政府也需要聯(lián)合起來再去成立一個聯(lián)合理事會，相當于將加州ISO向區(qū)域RTO過渡。
即便如此，我們也應(yīng)該認識到，區(qū)域電力市場的優(yōu)勢很明顯，范圍擴大后，各個州氣候條件不同，光照時間不同，比起僅僅局限在加州范圍內(nèi)，需求會更大，就有可能去沖抵供應(yīng)過量。但擴張并非越大越好，WECC內(nèi)部是強鏈接，而與東部或其他可靠性區(qū)域之間的鏈接都相當弱，過于廣泛的區(qū)域鏈接在物理上亦不可行。
采用分段電價
另外現(xiàn)在加州正在考慮實時電價，已經(jīng)嘗試的是分段電價。加州智能電表普及程度非常高，實施實時電價的技術(shù)基礎(chǔ)已經(jīng)具備，進一步的推動則主要依賴于政策。如果要達到上述1325MW的儲能，成本將非常高，如果實時電價的價差足夠形成刺激，用戶也有良好的響應(yīng)意識，這樣成本比儲能成本低得多。
近年來，ISO、PUC和CEC聯(lián)合起來在做這個事情。為什么ISO負責(zé)的是輸電和批發(fā)市場，卻要參與到終端電價設(shè)計中去？因為ISO需要讓其他決策者、監(jiān)管者了解市場中供需的嚴峻形勢——現(xiàn)在已經(jīng)有供大于求的現(xiàn)象發(fā)生。隨著可再生能源繼續(xù)發(fā)展，供需之間已經(jīng)遠遠不是十年前人們的認知，ISO需要向PUC、CEC等反饋。這樣才能有利于整體上推動可再生能源目標的實現(xiàn)。
ISO、PUC、CEC以及其他相關(guān)機構(gòu)，在可再生能源問題上是相互協(xié)作的，政府不能直接干預(yù)市場，但市場的穩(wěn)定發(fā)展又需要政策的引導(dǎo)和支持，這就必須要求這些機構(gòu)之間的協(xié)作和溝通。
適當引導(dǎo)節(jié)能
節(jié)能是一個很重要的概念，但需要恰當?shù)囊龑?dǎo)。當夜里或早晨，家家戶戶要注重節(jié)能，這對于系統(tǒng)而言非常有利。然而當白天太陽能發(fā)電能力非常強，工業(yè)用戶、商業(yè)用戶也都在尋求節(jié)能，這對于消納過量發(fā)電有時候未必有積極作用。這就需要政策層面的一個引導(dǎo)，包括電價設(shè)計、補貼刺激等。
