中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：加州是美國第一個(gè)將可再生能源供電占比目標(biāo)寫進(jìn)法律的州。2011年，時(shí)任州長Edmund G.Brown簽署了SBX1-2，把到2020年加州可再生能源供電比例達(dá)到33%寫進(jìn)了法律。加州公用事業(yè)委員會(huì)（Public Utility Commission of California，CPUC）亦通過制定優(yōu)惠政策和開展項(xiàng)目大力推動(dòng)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(dá)到商業(yè)級規(guī)模，2014年可再生能源裝機(jī)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(yùn)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(jià)可以勾選“自安排”（self schedule）選項(xiàng)，系統(tǒng)默認(rèn)分配其最低報(bào)價(jià)-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(gè)負(fù)結(jié)算價(jià)區(qū)間。
這對其他傳統(tǒng)機(jī)組以及CAISO影響非常大，核電以及無水壩的水電無法停止運(yùn)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(dá)到2020年33%的法律目標(biāo)。
加州常年陽光充裕，根據(jù)ISO的估算，總負(fù)荷約為20000MW，而每天由于可再生能源并網(wǎng)帶來的超負(fù)荷供應(yīng)會(huì)達(dá)到13000MW之多。
野心勃勃的可再生能源計(jì)劃給加州電力系統(tǒng)運(yùn)營帶來的是異常嚴(yán)峻的考驗(yàn)，如何應(yīng)對可能出現(xiàn)的嚴(yán)重過量發(fā)電？如何保證傳統(tǒng)機(jī)組不蒙受損失的同時(shí)，推動(dòng)可再生能源的發(fā)展？ CAISO市場總設(shè)計(jì)師劉樹成從運(yùn)行角度探討加州應(yīng)對可再生能源的10個(gè)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(yuǎn)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(dá)到40%，2014年已經(jīng)出現(xiàn)的供大于求的形勢會(huì)更加嚴(yán)峻。
在2013年下半年以前，加州尚未面臨嚴(yán)重的過量發(fā)電問題，加之社會(huì)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(chǔ)能、分時(shí)電價(jià)，ISO也很少涉及。
隨著動(dòng)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(rèn)識(shí)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(jì)上。
新能源的發(fā)展要并入電網(wǎng)，對ISO的運(yùn)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(dāng)可再生能源比例達(dá)到33%時(shí)，對于供需之間關(guān)系、負(fù)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(tuán)體很難有一個(gè)細(xì)節(jié)的、準(zhǔn)確的把握。因此，為了達(dá)到法律所設(shè)定的目標(biāo)，解決可再生能源并網(wǎng)問題，CAISO和PUC等相關(guān)機(jī)構(gòu)之間必須通力合作，保持一致。
先解決實(shí)時(shí)平衡
為了保證實(shí)時(shí)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(jī)組報(bào)價(jià)，由低到高依次上網(wǎng)，報(bào)價(jià)最高的減少上網(wǎng)量，而對于報(bào)價(jià)相同的機(jī)組，只能采取均攤模式。
讓機(jī)組關(guān)停，對于部分燃?xì)鈾C(jī)組不僅僅是發(fā)電成本的問題。燃?xì)鈾C(jī)組靠管道供氣發(fā)電，依據(jù)長期合同和負(fù)荷預(yù)測，燃?xì)鈾C(jī)組通常都會(huì)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?xì)鈾C(jī)組就必須想辦法處理源源不斷的管道氣，如果儲(chǔ)存起來就是燃料積壓，對于機(jī)組而言又是一筆成本，這就又涉及補(bǔ)償問題；如果長時(shí)間不允許其發(fā)電，儲(chǔ)存能力有限，對于燃?xì)怆姀S壓力就非常大。此外，發(fā)電過量時(shí)，為了保證實(shí)時(shí)平衡，就需要依賴調(diào)度，調(diào)度在系統(tǒng)不平衡的時(shí)候就需要啟用輔助服務(wù)，頻繁啟用輔助服務(wù)就會(huì)導(dǎo)致一些靈活的機(jī)組磨損較為嚴(yán)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(gè)ISO/RTO設(shè)計(jì)一個(gè)輔助服務(wù)出力補(bǔ)償機(jī)制，除了前期支付輔助服務(wù)費(fèi)、容量費(fèi)，還要按出力再進(jìn)行彌補(bǔ)。
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(huì)威脅可靠性，違背安全條例，所以市場需要一個(gè)強(qiáng)信號(hào)，因此輔助服務(wù)價(jià)格必須非常高。輔助服務(wù)價(jià)格高，而且還需要按出力進(jìn)行彌補(bǔ)，這些成本應(yīng)該由誰來承擔(dān)？CAISO的設(shè)想是根據(jù)各個(gè)電力公司用電的多少，按比例分配，即某地因?yàn)楫?dāng)?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(gè)發(fā)電廠只有核電機(jī)組，它有足夠的發(fā)電能力，但缺乏靈活性；燃?xì)廨啓C(jī)雖然成本高，但非常靈活，可以在幾分鐘之內(nèi)迅速啟動(dòng)。
容量機(jī)組也需要更靈活
CAISO有一個(gè)可靠性服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)，主要涉及發(fā)電基礎(chǔ)靈活性以及和NERC標(biāo)準(zhǔn)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(gè)“資源充足性標(biāo)準(zhǔn)”（Resource adequacy），規(guī)定每一個(gè)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(rèn)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(gè)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(gè)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(shí)到僅僅數(shù)量上達(dá)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(biāo)準(zhǔn)，不局限于原有的“最大爬坡”要求，還得看爬坡率，看它達(dá)到穩(wěn)定輸出需要多久。
ISO會(huì)審核電力公司提交的容量合同，運(yùn)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(yán)格到最小穩(wěn)定輸出后才納入計(jì)算。此外，ISO不僅購買輔助服務(wù)以及短期容量合同，它還會(huì)購買靈活的多樣容量，因?yàn)橹挥性诳沙掷m(xù)性不能保證之時(shí)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(shí)可調(diào)用。
可再生能源靈活性及風(fēng)險(xiǎn)補(bǔ)貼
除了讓傳統(tǒng)機(jī)組、容量機(jī)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(shí)候可以暫停入網(wǎng)供電。
在加州，新能源不直接進(jìn)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(huì)進(jìn)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(huì)以負(fù)報(bào)價(jià)競價(jià)，同時(shí)ISO系統(tǒng)也有“自安排”機(jī)制，符合要求的電量在進(jìn)入市場時(shí)可自行勾選“自安排”項(xiàng)目，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)分配-150美元/MW的最低報(bào)價(jià)。
一旦發(fā)電過剩，系統(tǒng)結(jié)算價(jià)格會(huì)在短時(shí)間內(nèi)真正達(dá)到負(fù)結(jié)算，加州在去年已經(jīng)多次出現(xiàn)負(fù)結(jié)算區(qū)間。負(fù)結(jié)算價(jià)格的出現(xiàn)對于傳統(tǒng)機(jī)組和投資者而言并非積極的信號(hào)。然而，如果新能源達(dá)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(bǔ)貼的，一旦發(fā)電量被降，風(fēng)場所能拿到的補(bǔ)貼就會(huì)少于合同電量應(yīng)該得到的補(bǔ)貼，風(fēng)場在參與調(diào)節(jié)上就會(huì)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(bǔ)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(fèi)等環(huán)節(jié)收回。
但如果公用事業(yè)公司上報(bào)的預(yù)算增加，最終會(huì)傳導(dǎo)到居民身上，這是一個(gè)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?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，批發(fā)市場成本就會(huì)增加，間接會(huì)體現(xiàn)在度電電價(jià)上。而且關(guān)停核電的成本更高。如果僅補(bǔ)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(jià)孰輕孰重便可知。
發(fā)展儲(chǔ)能
CPUC在2013年曾出了一個(gè)決議，要求到2022年加州要增加1325MW的儲(chǔ)能，超過50MW的抽水蓄能都不能算在其中。在儲(chǔ)能技術(shù)上則沒有限制，系統(tǒng)運(yùn)營商和監(jiān)管者對形式各樣的可以有一定容量的儲(chǔ)能方式持鼓勵(lì)和歡迎態(tài)度，諸如封閉式抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、冰冷蓄能、電池儲(chǔ)能等。
如果可以在發(fā)電過量的時(shí)候把多余的電儲(chǔ)存起來，不僅可以減輕CAISO的壓力，也可以避免資源浪費(fèi)。
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(gè)機(jī)組，距離CPUC所設(shè)立的目標(biāo)，加州在儲(chǔ)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(gè)角度而言就是需求不足，就需要?jiǎng)?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(dòng)汽車，也在公交、地鐵等大型交通工具中推動(dòng)以電作為動(dòng)力。
電動(dòng)交通工具的發(fā)展則又涉及儲(chǔ)能，但這種意義上的儲(chǔ)能旨在為了用能而儲(chǔ)能，而非抽水蓄能等為了儲(chǔ)能而儲(chǔ)能。未來的發(fā)展可能會(huì)有兩種方向，一是各自充電；二是電池標(biāo)準(zhǔn)化，形成“電池站”。
無論采用何種方式，如果形成集中儲(chǔ)能、集中充電，負(fù)荷就會(huì)相當(dāng)大，如果這種大型負(fù)荷可以參與需求響應(yīng)，對價(jià)格信號(hào)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(diǎn)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(dāng)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(gè)單方面的增長問題，電網(wǎng)、系統(tǒng)運(yùn)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(huì)（NERC）下有多個(gè)可靠性區(qū)域，各個(gè)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(jìn)的是日前市場，當(dāng)確定好次日的出力之后，大部分不再參與次日的實(shí)時(shí)市場。因?yàn)楦鶕?jù)日前競價(jià)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(shí)時(shí)市場的風(fēng)險(xiǎn)。然而，在實(shí)時(shí)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(jìn)口，此時(shí)，州外電力公司在日前市場已經(jīng)競價(jià)完成的部分沒辦法叫停，因?yàn)樗麄兌鄶?shù)不進(jìn)入日前市場，這就給ISO帶來很大負(fù)擔(dān)。
州外參與者進(jìn)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(fù)結(jié)算價(jià)格的幾個(gè)小時(shí)里，進(jìn)口的電力仍有3000MW左右。
CAISO市場的交易目前有西部WECC下11個(gè)州中7個(gè)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（Full Member），既參與日前市場，也參與實(shí)時(shí)市場。但CAISO的全稱是“加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商”，和PJM、SPP、MISO等區(qū)域系統(tǒng)運(yùn)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(gè)理事會(huì)成員由加州州長任命，州議會(huì)審批通過。一旦擴(kuò)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(gè)聯(lián)合理事會(huì)，相當(dāng)于將加州ISO向區(qū)域RTO過渡。
即便如此，我們也應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，區(qū)域電力市場的優(yōu)勢很明顯，范圍擴(kuò)大后，各個(gè)州氣候條件不同，光照時(shí)間不同，比起僅僅局限在加州范圍內(nèi)，需求會(huì)更大，就有可能去沖抵供應(yīng)過量。但擴(kuò)張并非越大越好，WECC內(nèi)部是強(qiáng)鏈接，而與東部或其他可靠性區(qū)域之間的鏈接都相當(dāng)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(jià)
另外現(xiàn)在加州正在考慮實(shí)時(shí)電價(jià)，已經(jīng)嘗試的是分段電價(jià)。加州智能電表普及程度非常高，實(shí)施實(shí)時(shí)電價(jià)的技術(shù)基礎(chǔ)已經(jīng)具備，進(jìn)一步的推動(dòng)則主要依賴于政策。如果要達(dá)到上述1325MW的儲(chǔ)能，成本將非常高，如果實(shí)時(shí)電價(jià)的價(jià)差足夠形成刺激，用戶也有良好的響應(yīng)意識(shí)，這樣成本比儲(chǔ)能成本低得多。
近年來，ISO、PUC和CEC聯(lián)合起來在做這個(gè)事情。為什么ISO負(fù)責(zé)的是輸電和批發(fā)市場，卻要參與到終端電價(jià)設(shè)計(jì)中去？因?yàn)镮SO需要讓其他決策者、監(jiān)管者了解市場中供需的嚴(yán)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(yuǎn)遠(yuǎn)不是十年前人們的認(rèn)知，ISO需要向PUC、CEC等反饋。這樣才能有利于整體上推動(dòng)可再生能源目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
ISO、PUC、CEC以及其他相關(guān)機(jī)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(jī)構(gòu)之間的協(xié)作和溝通。
適當(dāng)引導(dǎo)節(jié)能
節(jié)能是一個(gè)很重要的概念，但需要恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)。當(dāng)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(dāng)白天太陽能發(fā)電能力非常強(qiáng)，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(shí)候未必有積極作用。這就需要政策層面的一個(gè)引導(dǎo)，包括電價(jià)設(shè)計(jì)、補(bǔ)貼刺激等。
