中國儲能網(wǎng)訊：國家發(fā)展和改革委員會、國家能源局于近日印發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步推動新型儲能參與電力市場和調(diào)度運行的通知》（以下簡稱《通知》），引起行業(yè)廣泛熱議，關(guān)注點主要集中在：（1）定義獨立儲能并開放新型儲能作為獨立儲能參與電力市場，（2）允許新能源配建儲能聯(lián)合作為整體參與市場，（3）獨立儲能電站向電網(wǎng)送電的，其相應(yīng)充電電量不承擔(dān)輸配電價及政府性基金及附加。這些政策為新型儲能參與市場提供了方向指引?！锻ㄖ丰槍Ξ?dāng)前新型儲能利用率不足，調(diào)度有待優(yōu)化，成本疏導(dǎo)困難等亟待解決的問題，有針對性地做出了優(yōu)化儲能調(diào)度運行機(jī)制、建立電網(wǎng)側(cè)儲能價格機(jī)制等重要安排。
伴隨著可再生能源滲透率的上升，新型儲能大量并網(wǎng)是一個世界性的趨勢。其他電力市場相對成熟的國家也不同程度面臨著與中國相似的難題：如何為儲能設(shè)備設(shè)計合理的成本疏導(dǎo)機(jī)制，怎樣合理優(yōu)化儲能的調(diào)度運行機(jī)制。本文以美國為例，簡要梳理了市場化相對成熟的地區(qū)為解決儲能相關(guān)問題做出的努力；這些措施有些已經(jīng)完成，有些正處于討論和初步實踐階段。希望這些梳理對國內(nèi)正開展的電力市場化建設(shè)以及保證儲能高質(zhì)量發(fā)展有所幫助。
政策發(fā)展過程
美國聯(lián)邦能源管理委員會（FERC，下轄CAISO, ISONE, NYISO, MISO, PJM, SPP六個電力調(diào)度/交易中心）于2017年一月發(fā)布了一份政策聲明（文件號PL17-2-000），為儲能設(shè)備同時進(jìn)行兩種收費方式提供了指導(dǎo)意見。這兩種收費方式分別是：（1）是基于成本設(shè)置費率并為系統(tǒng)提供服務(wù)（類似輸電資產(chǎn)），（2）通過批發(fā)市場提供服務(wù)，以在市場中獲利回收成本（類似發(fā)電資產(chǎn)）。FERC觀察到儲能設(shè)備既像輸電設(shè)備一樣為系統(tǒng)提供支持（提高可靠性、減少阻塞），又可以像發(fā)電端一樣提供能量、容量、輔助服務(wù)等市場化產(chǎn)品，并在這兩種角色中快速切換。因此，該聲明明確指出了這兩種方式可以同時進(jìn)行，但需要注意不可雙重收費，不得對市場造成負(fù)面影響，不得影響電力調(diào)度中心相對于電力市場的獨立性。
第二年（2018年）二月，F(xiàn)ERC進(jìn)一步發(fā)布了著名的FERC命令841，正式要求各電力調(diào)度中心為新型儲能設(shè)計市場參與模式（Participation Model），以便將新型儲能納入電力市場。841號命令的核心內(nèi)容可概述為以下幾點：
（1）儲能參與模式要確保采用該模式的并網(wǎng)主體，只要技術(shù)條件達(dá)到，就有資格提供容量、能量和輔助服務(wù)；
（2）儲能參與模式要確保采用該模式的并網(wǎng)主體能夠被調(diào)度中心調(diào)用，并既能作為買方又能作為賣方，以與現(xiàn)有市場出清規(guī)則相一致的方式，決定批發(fā)市場出清價格；
（3）儲能參與模式要允許通過報價參數(shù)或者其他方式考慮儲能的物理和運行特性；
（4）儲能參與模式要設(shè)置參與市場的最低門檻，該門檻不得高于100千瓦。
與《通知》類似，F(xiàn)ERC命令841指出，儲能設(shè)備聽從調(diào)度中心指令購買的電量，如是為了后續(xù)向電網(wǎng)提供服務(wù)，則免予征收輸電費用。最后電力調(diào)度中心必須允許儲能設(shè)備選擇自己管理充電狀態(tài)。
電力調(diào)度中心的應(yīng)對
以上兩份重要文件陸續(xù)發(fā)布后，美國各電力調(diào)度中心都積極響應(yīng)。其中，為新型儲能設(shè)計的市場參與模式獲得了普遍關(guān)注，而將儲能設(shè)備作為輸電資產(chǎn)的實踐則相對推進(jìn)緩慢。本文結(jié)合《通知》的相關(guān)內(nèi)容，以美國市場為例，梳理其電力調(diào)度中心在實踐中遇到的主要問題及對應(yīng)的解決方案。
市場運行架構(gòu)決定了新型儲能融入市場的難易
相較于早已融入電力市場的抽蓄儲能，新型儲能（主要是電化學(xué)儲能）具有很多不同的物理/運行特性：如放電時長較短，深度充放電影響電池循環(huán)次數(shù)，響應(yīng)時間極快等等。因此《通知》指出“電力交易機(jī)構(gòu)要完善適應(yīng)儲能參與交易的電力市場交易系統(tǒng)。電力企業(yè)要建立技術(shù)支持平臺，實現(xiàn)獨立儲能電站荷電狀態(tài)全面監(jiān)控和充放電精準(zhǔn)調(diào)控……”
在美國已經(jīng)相對完善的電力市場環(huán)境下，新型儲能的獨特物理/運行特性對已沿用多年的經(jīng)濟(jì)調(diào)度/市場出清軟件提出了更高的要求，其中部分要求甚至已經(jīng)超出了調(diào)度中心的計算和管理能力。其中一個重要的難點在于如何管理儲能的充電狀態(tài)，即交易系統(tǒng)是否考慮儲能的充放電對接下來幾個小時、甚至全天充電狀態(tài)的影響。合理的充電狀態(tài)管理對于系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)安全效率、儲能成本回收等諸多方面都有很大影響。
現(xiàn)有的市場運行架構(gòu)很大程度上決定了將新型儲能融入各市場的難易程度,各個電力調(diào)度中心基于現(xiàn)有的調(diào)度軟件限制選取了不同的充電狀態(tài)管理模式。以PJM為代表的ISO（PJM，ISO-NE，MISO，SPP），由于日前/實時市場經(jīng)濟(jì)調(diào)度采用單時段接續(xù)方式運行，暫不具備代理新型儲能考慮多時段充電狀態(tài)的能力。因此，這些調(diào)度中心目前只能選擇為希望通過報價參與市場獲利的儲能設(shè)備提供新增報價參數(shù)（如最大能量）來盡可能保證調(diào)度信號的可行性，而將充電狀態(tài)管理責(zé)任更多地交給了儲能設(shè)備運營方；系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、儲能成本回收的能力也因此打了折扣。（注：PJM使用單獨的抽蓄儲能優(yōu)化模塊與日前市場軟件交互運算，為其管控范圍內(nèi)的五家抽蓄電站提供充電狀態(tài)管理服務(wù)。然而這一服務(wù)對新型儲能的運行管理有待檢驗，主要困難在于，其僅應(yīng)用于日前市場，為每個電站單獨運算，僅允許報技術(shù)參數(shù)，暫不準(zhǔn)許報價，同時因為抽蓄時間表在經(jīng)濟(jì)調(diào)度軟件外部計算，儲能無法直接定價，只能間接影響價格。）CAISO和NYISO則相對更具有優(yōu)勢，其日前/實時市場經(jīng)濟(jì)調(diào)度軟件是單次優(yōu)化多時段耦合，具備同時考慮多時段充電狀態(tài)的能力。因此，他們在允許儲能運營商自己決定充放電計劃的同時，也向它們提供選項代為管理充電狀態(tài)；系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)可靠性保障、儲能成本回收的能力相對較高。CAISO和NYISO雖能將充電狀態(tài)管理納入經(jīng)濟(jì)調(diào)度，但由于以下原因仍不盡人意：由于計算能力的限制，深度充放電造成的循環(huán)損耗等重要特性依然只能以相對粗糙的變動成本代替。如何將這些運行特性充分納入市場交易系統(tǒng)成為了現(xiàn)階段的爭議焦點。
新型儲能的基準(zhǔn)報價如何確定
電力調(diào)度中心遇到的第二個問題是如何為儲能設(shè)備計算基準(zhǔn)報價。有市場就會出現(xiàn)市場力，緩解市場力就需要基準(zhǔn)報價。通常，電力調(diào)度中心在判斷某一市場主體擁有市場力之后，可能會將其報價調(diào)整至某一基準(zhǔn)值。這一基準(zhǔn)值的測算通常取決于該主體的邊際成本。新型儲能設(shè)備邊際成本的主要構(gòu)成是當(dāng)天的充電成本和放電機(jī)會成本，因此有很大的估算難度。好在各個調(diào)度中心目前都陸續(xù)完成了為儲能設(shè)備設(shè)計的基準(zhǔn)報價計算方案。例如CAISO目前每日利用預(yù)測的節(jié)點價格信號來為儲能估算充電成本和放電機(jī)會成本，并允許儲能運營商提供變動成本（包括電池循環(huán)/老化成本）加入基準(zhǔn)值。需要注意的是，這些計算方案仍在實踐中被不斷修定，有待時間的檢驗。
新型儲能作為輸電資產(chǎn)的可行性
新型儲能作為電網(wǎng)替代設(shè)備，具有建設(shè)時間短、配置靈活等重要優(yōu)勢，但現(xiàn)階段我國電力現(xiàn)貨市場尚未普及，目前缺乏節(jié)點價格信號指引關(guān)鍵部署地點，同時中長期分時交易價格形成存在技術(shù)難度。這些現(xiàn)實條件決定了現(xiàn)階段將新型儲能作為輸電資產(chǎn)統(tǒng)一規(guī)劃、管理、調(diào)度和收費是一種優(yōu)化儲能設(shè)備部署、保障成本回收的切實可行途徑?！锻ㄖ分赋觯骸案鞯匾訌?qiáng)電網(wǎng)側(cè)儲能的科學(xué)規(guī)劃和有效監(jiān)管，鼓勵電網(wǎng)側(cè)根據(jù)電力系統(tǒng)運行需要，在關(guān)鍵節(jié)點建設(shè)儲能設(shè)施。研究建立電網(wǎng)側(cè)獨立儲能電站容量電價機(jī)制，逐步推動電站參與電力市場；探索將電網(wǎng)替代型儲能設(shè)施成本收益納入輸配電價回收。”
在美國，雖然FERC在2017年做出的政策聲明與《通知》異曲同工，但各個電力調(diào)度中心對此的響應(yīng)各不相同。其中，MISO是唯一經(jīng)過了FERC允將“僅作為輸電資產(chǎn)的儲能設(shè)備（Storage as Transmission Only Asset，SATOA）” 正式寫入市場規(guī)則的調(diào)度中心。在MISO，儲能設(shè)備可作為一種為系統(tǒng)提供可靠性、市場經(jīng)濟(jì)性的資源，與其他備選輸電資產(chǎn)一同被納入年度輸電線路規(guī)劃中，被選擇的儲能設(shè)備可以通過輸電設(shè)備成本回收機(jī)制獲得穩(wěn)定收益。PJM也以相似的方式推進(jìn)。CAISO則將規(guī)則設(shè)計的重點放在了如何幫助實現(xiàn)儲能設(shè)備發(fā)揮發(fā)電/輸電雙重角色，尤其在如何實現(xiàn)公平收費模式的問題上，畢竟就算作為輸電資產(chǎn)進(jìn)行成本回收，儲能仍將參與日常的經(jīng)濟(jì)調(diào)度并享受收入，而這部分收入理應(yīng)交還給消費者。是否允許儲能部分出讓作為輸電資產(chǎn)的固定收入，而選取獲得一部分市場收入是一個難題。然而這一討論因為CAISO有更為亟待解決的市場設(shè)計問題（如儲能基準(zhǔn)價的設(shè)定）而暫停。其余的電力調(diào)度中心要么仍處在討論初期，要么仍未啟動議程。
值得關(guān)注的是，雖然總體進(jìn)展緩慢，但在新型儲能作為類發(fā)電設(shè)施參與市場困難、基于市場的成本回收機(jī)制不完善時，將其作為輸電資產(chǎn)，利用電網(wǎng)企業(yè)強(qiáng)大的規(guī)劃能力優(yōu)化配置，保證成本回收仍是很好的備選方案。但厘清輸電價格的制定就成為了重中之重。目前，MISO及PJM皆認(rèn)同其現(xiàn)有的輸電成本分配機(jī)制原則基本適用于儲能設(shè)備，即采用一事一議原則，高電壓等級、高投資規(guī)模的設(shè)備傾向于全系統(tǒng)分配，低電壓或低投資規(guī)模的設(shè)備可按照“誰受益/對該設(shè)備潮流貢獻(xiàn)大，誰承擔(dān)”的原則分配。
新型儲能的容量價值如何測算
有價格帽的電力市場中，通常也建立了容量市場，而容量市場的最大爭議則來自于對各種資源的容量價值(Capacity Value）的計算。通常儲能從容量市場最終賺取的單位容量收益將等于容量市場的出清價格乘以容量價值。美國交易中心過去對儲能容量價值的計算一般基于最長放電時長，例如暫時仍然沿用此方式的MISO和SPP，將最長放電4小時的儲能價值定為1（封頂），則最長放電1小時電池的容量價值為0.25。
為應(yīng)對可再生能源和儲能的大量并網(wǎng)，各交易中心對儲能的容量價值計算方式在不斷改進(jìn)，基本思路大體有兩類，都是基于仿真計算獲得。一是目前的主流方法，基于有效帶負(fù)荷能力（Effective Load Carrying Capability，ELCC），即在系統(tǒng)可靠性指標(biāo)不變的情況下，增加1MW儲能帶來的尖峰負(fù)荷增量。ELCC又可大致分為邊際ELCC和平均ELCC，實際操作中會更為復(fù)雜。二是與邊際ELCC非常相似的基于邊際可靠性影響（Marginal Reliability Impact，MRI），即對于給定系統(tǒng)分別計算并網(wǎng)主體和等量完美容量對可靠性指標(biāo)的提升，并取其比值。目前，CAISO，PJM，NYISO已經(jīng)采用或已經(jīng)過FERC批準(zhǔn)使用ELCC或MRI來計算儲能的容量價值。SPP和ISO-NE則正在研究使用ELCC或者M(jìn)RI。需要注意的是，不同電力市場計算容量價值的過程有所差別，甚至同樣計算ELCC或MRI，過程也會不同。
總結(jié)
目前，F(xiàn)ERC已經(jīng)基本完成對各個下轄電力交易中心儲能參與模式的審批，而各交易中心正陸續(xù)開展實施。據(jù)美國能源信息署2022年3月公布的最新數(shù)據(jù)（Form EIA860m）顯示，2021年是美國新型儲能并網(wǎng)的歷史新高，大型新型儲能（主要是放電時長為1-4小時的電化學(xué)儲能）新增3226.4兆瓦，其中六個電力交易中心貢獻(xiàn)了1949.3兆瓦。在可預(yù)見的未來，新型儲能將會大量并網(wǎng)，以PJM為例，目前超過2600個等待并網(wǎng)審核的項目中，超過900項是獨立新型儲能或太陽能配建儲能（容量占比44%，僅次于獨立太陽能）。雖不能排除聯(lián)邦及州政府政策鼓勵的作用和新冠疫情的積壓作用，這些數(shù)據(jù)都足以顯示美國市場對儲能發(fā)展的樂觀態(tài)度，F(xiàn)ERC和各個交易中心的努力卓有成效。
國家發(fā)改委、國家能源局公布的《通知》為我國新型儲能的高質(zhì)量發(fā)展提供了有力、明確的指導(dǎo)意見，為新型儲能的優(yōu)化配置、科學(xué)調(diào)度以及成本回收提供了有力支持。新型儲能伴隨著新能源的高度滲透而大量并網(wǎng)是世界性趨勢，電力市場設(shè)計相對完善的美國也面臨著同樣問題。我國的電力市場改革正如火如荼地開展，美國的市場的經(jīng)驗雖不能照搬但也有一定的借鑒意義。他山之石，可以攻玉，希望本文能對我國的新型儲能發(fā)展及電力市場改革有所幫助。
（本文作者為清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)智庫研究中心特邀嘉賓，美國普林斯頓大學(xué)安德林格能源與環(huán)境中心 許慶宇博士。）
