美國加州分布式儲(chǔ)能參與電力市場(chǎng)分析

引言

截至2018年底,全球分布式電化學(xué)儲(chǔ)能投運(yùn)規(guī)模達(dá)到5.4Gwh,占全球電化學(xué)儲(chǔ)能投運(yùn)總規(guī)模的50.6%,是各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中累計(jì)裝機(jī)規(guī)模最大、應(yīng)用場(chǎng)景最豐富的領(lǐng)域。從區(qū)域上來看,分布式儲(chǔ)能在美國、歐洲、澳大利亞、日本等國家和地區(qū)的應(yīng)用較為活躍,這些國家具有較高的終端用戶電價(jià)、合理的峰谷電價(jià)差等比較有利于儲(chǔ)能應(yīng)用的電價(jià)制度。根據(jù)中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟全球儲(chǔ)能數(shù)據(jù)庫的不完全統(tǒng)計(jì),截至2019年11月,美國已投運(yùn)的電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目總規(guī)模達(dá)1.26Gw。從區(qū)域上看,PJM、CA1so、ERCoT、M1so、1so-NE合計(jì)占到美國儲(chǔ)能總規(guī)模的90%以上。CA1so(California1ndependentsystemoperator,1nc）是加州電力市場(chǎng)的運(yùn)營主體和加州電網(wǎng)的調(diào)度中心,是美國儲(chǔ)能能量規(guī)模最大的地區(qū),占到已投運(yùn)項(xiàng)目44%的能量規(guī)模和18%的功率規(guī)模。加州儲(chǔ)能以提供能量服務(wù)為主,應(yīng)用領(lǐng)域比PJM更為多樣。本文將詳細(xì)介紹CA1so區(qū)域?yàn)榇龠M(jìn)分布式儲(chǔ)能的應(yīng)用而設(shè)定的政策及市場(chǎng)規(guī)則關(guān)鍵點(diǎn)。

1儲(chǔ)能資源模型與準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)

為了方便儲(chǔ)能裝置參與電力市場(chǎng)交易,CA1so先后定義了3種資源模型:代理需求響應(yīng)資源(PDR）、分布式能源(DER）以及非發(fā)電資源(NGR）,這3種不同的資源模型有著不同的性能要求,如表1所示,也代表了參與電力市場(chǎng)交易的不同身份。

代理需求響應(yīng)資源(PDR）:電力市場(chǎng)的參與者根據(jù)價(jià)格信號(hào)減負(fù)荷,并參與能量市場(chǎng)以及輔助服務(wù)市場(chǎng)的競(jìng)標(biāo),同類中的還包括RDR模型以及CA1so為儲(chǔ)能裝置能更容易在市場(chǎng)中獲利而重新定義的PDR-LsR模型。

分布式能源(DER）:CA1so允許不同的分布式能源包含儲(chǔ)能裝置以"聚合"(aggregation）的形式加入到電力市場(chǎng)交易中。

非發(fā)電資源模型(NGR）:為了儲(chǔ)能可以更廣泛參與電力市場(chǎng),尤其是調(diào)頻市場(chǎng),發(fā)揮儲(chǔ)能裝置在靈活性發(fā)面的優(yōu)勢(shì),CA1so定義了NGR模型,并制定了專門的調(diào)頻能量管理方案(REM）。NGR中分為3種細(xì)分模型,即LEsR、一般性NGR、DDR。儲(chǔ)能可以根據(jù)情況用以上3種不同身份中的一種參與到電力市場(chǎng)交易中,并依據(jù)身份的不同要求,提供不同的服務(wù)形式(容量、能量以及各種不同類型的輔助服務(wù)）。需要注意的是,同一個(gè)儲(chǔ)能單元,既可以選擇PDR形式,也可以選擇NGR形式參與到電力市場(chǎng)交易中,但如果選擇PDR,將不能參與REM方案,而在REM方案中,儲(chǔ)能單元可以獲得更大的收益。

以一套20Mw/5Mwh的儲(chǔ)能系統(tǒng)為例,在PDR形式中,輔助服務(wù)市場(chǎng)要求儲(chǔ)能單元必須具備持續(xù)放電1h的能力。為滿足此需求,儲(chǔ)能系統(tǒng)只能選擇申報(bào)5Mw容量以保證被調(diào)用時(shí)具備持續(xù)放電1h的能力,中標(biāo)后容量費(fèi)按照5Mw進(jìn)行結(jié)算,能量費(fèi)按照綠色柱狀圖進(jìn)行結(jié)算,如圖1所示

而在NGR形式中,選擇參加REM方案,儲(chǔ)能單元可持續(xù)放電的時(shí)間要求從60min縮短到15min,即可以申報(bào)20Mw,能量費(fèi)如黃色柱狀圖。從圖1可知,兩種形式能量費(fèi)相同,但在REM方案中,儲(chǔ)能可獲得更多的容量費(fèi),這將更有利于儲(chǔ)能發(fā)揮其靈活性高的優(yōu)勢(shì),也可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)充放電管理。

加州輔助服務(wù)市場(chǎng)購買的輔助服務(wù)是一種容量儲(chǔ)備,任何資源只要在輔助服務(wù)市場(chǎng)被選中,不管實(shí)際上在實(shí)時(shí)市場(chǎng)/實(shí)時(shí)調(diào)度是否被利用到,被選中的容量都會(huì)按該產(chǎn)品的市場(chǎng)價(jià)得到支付。如果被利用到,被調(diào)度到的能量還按實(shí)時(shí)市場(chǎng)的能量價(jià)格再次得到結(jié)算。因此,輔助服務(wù)資源可獲得容量費(fèi)和調(diào)用的能量費(fèi),從收益構(gòu)成上來看,容量費(fèi)較能量費(fèi)占更大比例。

2分布式能源資源聚合(DERAggregation）

由于分布式儲(chǔ)能具有規(guī)模小、分布散的特點(diǎn),多點(diǎn)聚合成為分布式儲(chǔ)能發(fā)展的趨勢(shì)之一。DER形式可以聚合包括任意形式的分布式資源,如發(fā)電、儲(chǔ)能和/或需求側(cè)資源,成為研究熱點(diǎn)。

2.1參與批發(fā)市場(chǎng)的機(jī)制

針對(duì)分布式能源資源聚合,對(duì)其可以聚合的單個(gè)資源的數(shù)量沒有限制,可以包括一種或多種資源類型。一個(gè)聚合中的資源可以跨多個(gè)定價(jià)節(jié)點(diǎn),但必須在單個(gè)子負(fù)荷聚合點(diǎn)內(nèi),即在CA1so明確的一條輸電阻塞的同一側(cè),其他要求如表1所示。

分布式能源聚合的所有者或運(yùn)營商被稱為分布式資源供應(yīng)商(DERP）,可以參與CA1so的能量和輔助服務(wù)市場(chǎng)。要成為市場(chǎng)參與者,DERP必須:(1）與CA1so簽署協(xié)議,表明其接受并將遵守協(xié)議;(2）向CA1so提供一份組成其一個(gè)聚合或多個(gè)聚合的分布式資源的清單;(3）通知分布式資源所在的服務(wù)區(qū)域的公用事業(yè)配電公司或計(jì)量子系統(tǒng);(4）獲取公用事業(yè)配電公司或計(jì)量子系統(tǒng)的同意信;(5）完成CA1so的新資源開展流程,包括10天的試運(yùn)行期。

與其他市場(chǎng)參與者一樣,DERP只能通過調(diào)度協(xié)調(diào)員在批發(fā)能量市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)進(jìn)行競(jìng)標(biāo)。關(guān)鍵的例外是,當(dāng)DERP的聚合資源跨越多個(gè)定價(jià)節(jié)點(diǎn)時(shí),調(diào)度協(xié)調(diào)員提交的投標(biāo)必須包含發(fā)電分布因子(generationdistributionfactors）,其反映了聚合資源中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的資源份額。在響應(yīng)代表DERP的投標(biāo)時(shí),CAIso將把聚合資源視為單個(gè)資源,而不考慮單個(gè)DERs的位置。CAIso針對(duì)聚合層面發(fā)布調(diào)度指令,然后由DERP將這些指令分解到DERs。DERs必須在定價(jià)節(jié)點(diǎn)級(jí)別提供一個(gè)與CAIso的調(diào)度指令和投標(biāo)中的發(fā)電分布因子(如果有的話）一致的凈響應(yīng)。

2.2DERP參與批發(fā)市場(chǎng)的障礙

按照DER理論,如果規(guī)則和商業(yè)模式允許,那么DER可以提供CAIso能源和輔助服務(wù)市場(chǎng)中的多種有價(jià)服務(wù)。但目前DER的參與比較有限,預(yù)計(jì)在短、中期內(nèi)這種情況仍將如此,主要是因?yàn)镈ER面臨著來自政策監(jiān)管、經(jīng)濟(jì)效益、技術(shù)等方面的障礙。

政策監(jiān)管方面,主要來自CAIso試圖將分布式資源聚合與傳統(tǒng)的發(fā)電設(shè)施放在同一基礎(chǔ)上對(duì)待。最大的監(jiān)管障礙是24/7結(jié)算制度,該制度要求7天24小時(shí)結(jié)算,電池所有者必須支付通過表計(jì)充電時(shí)的零售電價(jià),另外還需為這部分充電支付批發(fā)市場(chǎng)的LMP價(jià)格,從而導(dǎo)致計(jì)量表后的電池支付兩次充電費(fèi)用。此外,對(duì)跨越在零售/批發(fā)界限的DERs進(jìn)行支付導(dǎo)致了不同主體之間的協(xié)調(diào)問題,包括CAIso與公用事業(yè)配電公司。

經(jīng)濟(jì)效益方面,主要是DER凈收入低,預(yù)測(cè)設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等設(shè)備的大量投入又提高了成本。另外,加州的零售側(cè)的凈計(jì)量計(jì)劃或CAIso的PDR、RDR模型,由于其收益較高,均對(duì)DER構(gòu)成競(jìng)爭(zhēng)。很多分布式儲(chǔ)能項(xiàng)目可能選擇參與前者,而不是通過DER模式去聚合參與批發(fā)市場(chǎng)。

技術(shù)障礙方面,每個(gè)DER都要配備表計(jì)或相關(guān)設(shè)備,而提供輔助服務(wù)時(shí),必須安裝能夠每隔1min傳送數(shù)據(jù)的遙測(cè)系統(tǒng)。此外,還要解決電網(wǎng)末端雙向流動(dòng)帶來的電力供需平衡問題。

3DER參與市場(chǎng)交易機(jī)制的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

由于每個(gè)電力市場(chǎng)的特定規(guī)則和環(huán)境是不同的,CAIso迄今為止在DER項(xiàng)目上的經(jīng)驗(yàn)對(duì)其他地方的適應(yīng)程度不同,以下經(jīng)驗(yàn)可作為其他區(qū)域的借鑒。

(1）應(yīng)該全面審查法律監(jiān)管層面的需求。監(jiān)管機(jī)構(gòu)應(yīng)將設(shè)計(jì)DERs通過聚合參與批發(fā)市場(chǎng)的過程視為一個(gè)機(jī)會(huì),可以重新審視現(xiàn)有設(shè)計(jì)和實(shí)施要求的邏輯的機(jī)會(huì)。(2）必須仔細(xì)考慮與現(xiàn)有需求響應(yīng)程序的交互性。DERprograms的結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡可能與現(xiàn)有的需求響應(yīng)程序互補(bǔ),而不是競(jìng)爭(zhēng)。(3）管轄權(quán)問題將持續(xù)存在,只有通過監(jiān)管機(jī)構(gòu)之間持續(xù)的合作才能有效管理。由于DERs跨越了零售/配電和批發(fā)/大宗采購的傳統(tǒng)邊界,因此它們無論更多地參與哪一類,都將繼續(xù)挑戰(zhàn)實(shí)際操作環(huán)境與法律環(huán)境。(4）謹(jǐn)慎處理與公共事業(yè)所有的配電公司的合作。(5）提煉出可以通過研究和試點(diǎn)項(xiàng)目需要解決的問題。

4結(jié)語

從國際儲(chǔ)能市場(chǎng)來看,分布式儲(chǔ)能的崛起與發(fā)展離不開政策的鼓勵(lì)與機(jī)制的支持,在政策激勵(lì)帶來的快速發(fā)展之際,部分國家開始從簡化分布式儲(chǔ)能參與電力市場(chǎng)的流程,降低市場(chǎng)準(zhǔn)入門檻,允許分布式儲(chǔ)能參與更多市場(chǎng)等方面推進(jìn)電力市場(chǎng)規(guī)則的修改,一方面挖掘分布式儲(chǔ)能在維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、安全性以及幫助接入更多可再生能源等方面的潛力與價(jià)值,另一方面為分布式儲(chǔ)能所有者提供更多收益來源,促進(jìn)分布式儲(chǔ)能的蓬勃發(fā)展。