陳啟鑫，房曦晨，郭鴻業(yè)，何冠楠，張 達(dá)，夏 清

（1.電力系統(tǒng)及大型發(fā)電設(shè)備安全控制和仿真國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（清華大學(xué)），北京市 100084；2.麻省理工學(xué)院能源研究所，劍橋 02139，美國；3.清華大學(xué)能源環(huán)境經(jīng)濟(jì)研究所，北京市 100084）

0 引言

為了應(yīng)對氣候變化，世界諸多國家提出了碳中和的方案，中國也宣布了“2030年碳達(dá)峰，2060年碳中和”的目標(biāo)。作為碳排放大戶，電力行業(yè)需要構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，大力發(fā)展風(fēng)電、光伏等可再生能源以加速脫碳進(jìn)程。

儲能可很好地解決可再生能源引入的挑戰(zhàn)［1-5］，因此在新型電力系統(tǒng)中具有重要地位。一方面，可解決風(fēng)光出力高峰與負(fù)荷高峰錯配的難題，通過削峰填谷，增加谷負(fù)荷以促進(jìn)可再生能源的消納，減少峰負(fù)荷以延緩容量投資需求。另一方面，可解決風(fēng)光出力隨機(jī)性和波動性帶來的頻率穩(wěn)定難題，尤其是電化學(xué)等響應(yīng)速度較快的新型儲能，能提供調(diào)頻服務(wù)提高電網(wǎng)可靠性。

隨著電力市場化改革在主要發(fā)達(dá)國家的推進(jìn)，未來儲能的發(fā)展與運(yùn)營，將主要在市場化的大背景下實(shí)現(xiàn)。在電力市場中，儲能的充放電安排將改變市場出清結(jié)果與系統(tǒng)運(yùn)行計(jì)劃，對市場的競爭、價格信號的產(chǎn)生、市場成員的收益等都將產(chǎn)生重要的影響。

然而，原先面向發(fā)電機(jī)組和用電負(fù)荷設(shè)計(jì)的市場機(jī)制并不能很好地適應(yīng)儲能參與。不同于其他資源，儲能在效用功能、成本特性、物理約束、裝置規(guī)模等方面具備特殊性。在效用功能上，儲能可以提供削峰填谷、容量資源、調(diào)頻備用等已經(jīng)市場化的服務(wù)，也可以發(fā)揮延緩輸電投資、增進(jìn)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定等尚被管制的服務(wù)，這使儲能的市場定位模糊化；在物理約束上，儲能具備獨(dú)特的能量有限性，因此放電能力除受功率上限約束外，還受到荷電狀態(tài)限制，這使儲能在出清模型中的建模具有特殊性，容量價值核算也較復(fù)雜；在成本特性上，儲能的放電成本并無固定值，而是取決于充電時段的價格和其他時段無法放電的機(jī)會成本，復(fù)雜的成本核算將對市場成員的決策和組織者的監(jiān)管提出挑戰(zhàn)；在裝置規(guī)模上，配電網(wǎng)側(cè)的分布式儲能單機(jī)規(guī)模遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)火電機(jī)組，這使得儲能無法達(dá)到市場要求的最小規(guī)模。

因此，為推動儲能參與市場，市場組織者需要明確現(xiàn)有市場機(jī)制的適應(yīng)性與不足，研究適合儲能的參與方式，明確需要調(diào)整的機(jī)制要素，并選擇合適的技術(shù)路線，使市場能更好地配置儲能資源。目前，學(xué)界為應(yīng)對儲能參與市場帶來的挑戰(zhàn)，在價值分析、框架體系、交易機(jī)制等方面已經(jīng)做出了諸多研究。在不同的市場模式下，美國、英國、澳大利亞的業(yè)界也都做出了相關(guān)探索。其中，美國在其聯(lián)邦能源監(jiān)管委 員 會（Federal Energy Regulatory Commission，F(xiàn)ERC）841法案［6］指導(dǎo)下推進(jìn)的市場改革，尤其具有參考意義和研究價值。

本文對現(xiàn)有的相關(guān)研究工作與實(shí)踐進(jìn)行了調(diào)研與綜述，旨在對儲能參與電力市場的交易機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)化梳理，探討未來機(jī)制設(shè)計(jì)的路徑選擇與發(fā)展方向。

1 國內(nèi)外儲能參與市場的研究綜述

現(xiàn)有關(guān)于儲能參與市場交易的研究工作，大體遵循如下脈絡(luò)：部分文獻(xiàn)基于儲能的物理特性，試圖明確儲能可為電力系統(tǒng)帶來哪些價值；為了能讓儲能更好地發(fā)揮價值，部分文獻(xiàn)探討了面向儲能的市場框架體系；交易規(guī)模龐大的批發(fā)市場是電力市場的重要一環(huán)，但現(xiàn)行規(guī)則不能很好地適應(yīng)儲能的物理特性，為此部分文獻(xiàn)研究了其交易模型的改革；由于分布式儲能的興起，部分文獻(xiàn)研究了配電網(wǎng)側(cè)市場機(jī)制，利用小規(guī)模儲能為系統(tǒng)提供更多靈活性資源。本章將結(jié)合以上研究脈絡(luò)展開論述。

1.1 物理特性與價值分析

不同類型的儲能在響應(yīng)速度、能量密度、效率、壽命、經(jīng)濟(jì)成本、潛在應(yīng)用上有所差異，歸納如表1。儲能依靠其物理特性，在電力系統(tǒng)中具備諸多潛在價值，可在市場上提供相應(yīng)的標(biāo)的。

表1 不同類型儲能技術(shù)的比較Table 1 Comparisons among different types of energy storage technologies

由于儲能可以存儲能量，因此可以減少系統(tǒng)峰谷差，節(jié)約峰荷機(jī)組的燃料費(fèi)用和啟停費(fèi)用。文獻(xiàn)［7］利用市場出清模型，研究了儲能對尖峰負(fù)荷和價格的削減作用。文獻(xiàn)［8-9］分別關(guān)注儲能對啟停成本的節(jié)約、對消納可再生能源的貢獻(xiàn)，文獻(xiàn)［10］則綜合考慮了總運(yùn)行費(fèi)用的減少。針對不同類型儲能充放電功率和效率的差異，文獻(xiàn)［11］研究了其造成的效益差異。

由于儲能也具備放電能力，因此可起容量支撐的作用，部分替代對發(fā)電機(jī)組的投資。文獻(xiàn)［12］研究了儲能對于發(fā)電容量的替代作用，考慮了儲能滲透率和可再生能源滲透率的影響。文獻(xiàn)［13］則以美國數(shù)據(jù)為例，發(fā)現(xiàn)需要28 GW的儲能來提供峰荷容量。

由于電化學(xué)儲能具備快速響應(yīng)特性，可被用于提供調(diào)頻、備用、調(diào)壓等多種輔助服務(wù)。文獻(xiàn)［2］關(guān)注儲能在市場中提供調(diào)頻服務(wù)的潛力，文獻(xiàn)［14］則考慮了多種響應(yīng)速度的備用，而文獻(xiàn)［15］研究了儲能對保持網(wǎng)絡(luò)電壓穩(wěn)定的作用。

儲能實(shí)際上可以通過積極響應(yīng)而增強(qiáng)電網(wǎng)安全性［16］和提升電能質(zhì)量［17］，通過充放電減少線路尖峰潮流而延緩輸電投資［18］，這實(shí)際上能起到輸電資產(chǎn)的作用，文獻(xiàn)［19］進(jìn)一步量化考慮了這種作用。

值得注意的是，儲能提供的同一項(xiàng)服務(wù)，對于不同主體有不同的表現(xiàn)形式［20］，如圖1所歸納。如削峰填谷，對電網(wǎng)而言表現(xiàn)為緩解調(diào)峰壓力［21］，對新能源而言表現(xiàn)為存儲超發(fā)電量［22］，對用戶而言表現(xiàn)為錯峰用電［23］。由于本文的落腳點(diǎn)在于市場機(jī)制，從市場的角度來看，以上3個價值均可以通過能量市場分時的價格信號加以體現(xiàn)，由市場采購并統(tǒng)一提供。當(dāng)然，這些服務(wù)也可由發(fā)電側(cè)、用電側(cè)主體與儲能簽訂使用協(xié)議而自行購買。具體選擇哪種模式，是儲能市場設(shè)計(jì)中待探討的問題。

圖1 儲能在不同場景下的價值體現(xiàn)Fig.1 Value manifestation of energy storages in different scenarios

1.2 市場框架體系的設(shè)計(jì)

目前學(xué)界對于面向儲能的市場框架設(shè)計(jì)存在一定分歧：角色定位上，儲能應(yīng)當(dāng)作為市場主體還是被管制主體？如果作為市場主體，那么體系設(shè)計(jì)上，儲能是依靠現(xiàn)有市場還是新建單獨(dú)市場進(jìn)行資源配置？

部分研究站在獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商（independent system operator，ISO）的角度對儲能展開直接投資和控制，研究投資和調(diào)度方案。文獻(xiàn)［24］通過求解“投資-運(yùn)營”雙層優(yōu)化模型，得到ISO儲能投資的最優(yōu)容量和運(yùn)行的最優(yōu)策略。文獻(xiàn)［25］進(jìn)一步考慮輸電、儲能的聯(lián)合優(yōu)化，將儲能視作和輸電線路同樣性質(zhì)的資產(chǎn)，由ISO統(tǒng)一運(yùn)營。文獻(xiàn)［26］將儲能投資權(quán)下放給市場主體，但運(yùn)營權(quán)依舊掌握在ISO手中，儲能只能被動地獲取部分收益。

更多的文獻(xiàn)則站在儲能的角度，研究其作為市場主體的投資和交易策略。文獻(xiàn)［27-28］研究了儲能主體如何利用有限的能量在市場中獲取最大的收益，文獻(xiàn)［14，29］則研究了儲能在能量、備用、調(diào)頻市場上的聯(lián)合投標(biāo)策略，文獻(xiàn)［30］考慮了容量市場交易。文獻(xiàn)［31-32］進(jìn)一步考慮了多個儲能間策略的交互，用均衡模型求解博弈結(jié)果。文獻(xiàn)［33-34］同時考慮儲能的投資和交易，以扣減投資成本后儲能的利潤最大化為目標(biāo)。

以上儲能市場策略的研究一般以現(xiàn)有的市場體系為背景，然而，也有部分學(xué)者認(rèn)為可以單獨(dú)設(shè)計(jì)以儲能使用權(quán)為標(biāo)的的市場。文獻(xiàn)［35］設(shè)計(jì)了一種容量合約機(jī)制，售電商根據(jù)自身的預(yù)期收益、風(fēng)險偏好向分布式儲能發(fā)出租賃合約邀約。文獻(xiàn)［36］采用類似的框架并設(shè)計(jì)了更為合理的租金。文獻(xiàn)［37-38］設(shè)計(jì)了儲能使用權(quán)的拍賣機(jī)制，儲能擁有者、聚合商分別就出借、借入儲能使用權(quán)進(jìn)行報價，市場進(jìn)行出清確定中標(biāo)者和價格。文獻(xiàn)［39］將儲能的使用權(quán)類比為保險，投保方為可再生能源發(fā)電商，承保方為儲能擁有者，當(dāng)可再生能源出力波動時，可利用儲能電量來平抑不平衡電量。

1.3 批發(fā)市場的交易模型修正

盡管存在關(guān)于儲能角色定位和體系設(shè)計(jì)的爭論，現(xiàn)有的批發(fā)市場無疑是儲能資源配置的重要一環(huán)，許多研究對市場的交易模型提出修正建議，使之適應(yīng)儲能的物理特性。

在能量市場模型中，針對儲能能量有限性，文獻(xiàn)［40］在出清模型中加入儲能的荷電狀態(tài)約束，保證結(jié)果可行性，而文獻(xiàn)［41］則允許儲能申報可變的最大充放電速率。為了反映儲能放電的機(jī)會成本，文獻(xiàn)［42］提出可由ISO根據(jù)預(yù)測的能量價格核定機(jī)會成本，文獻(xiàn)［43］則允許儲能就時段末的荷電狀態(tài)提交報價曲線，反映存儲能量的價值。

在容量市場上衡量儲能的容量價值時，主要難點(diǎn)在于考慮能量有限性的影響。文獻(xiàn)［44］是美國ISO賓夕法尼亞-新澤西-馬里蘭互聯(lián)（Pennsylvania-New Jersy-Maryland Interconnection，PJM）對儲能容量價值進(jìn)行的思考，除了儲能本身的最大放電功率、最大能量容量，儲能實(shí)際的容量價值還和凈負(fù)荷曲線形狀、儲能滲透率有著緊密的聯(lián)系。研究進(jìn)一步指出，儲能的容量價值還和儲能充放電效率、系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)有關(guān)。文獻(xiàn)［45］認(rèn)為可以采用一種簡單的方式，即根據(jù)儲能歷史上在系統(tǒng)峰荷期的容量支撐表現(xiàn)核定容量價值。

針對儲能參與輔助服務(wù)市場，文獻(xiàn)［46］提出了能量和輔助服務(wù)的聯(lián)合出清模型，考慮儲能提供2種標(biāo)的時的耦合約束，并計(jì)算了機(jī)會成本。文獻(xiàn)［47］考慮儲能快速在充放電間切換的能力，為其設(shè)計(jì)了更大的運(yùn)行可行域。文獻(xiàn)［48］設(shè)計(jì)了快速頻率響應(yīng)產(chǎn)品，該產(chǎn)品比一次調(diào)頻響應(yīng)速度更快，能有效應(yīng)對系統(tǒng)的低慣量問題，而儲能是該產(chǎn)品重要的提供者。

在價格機(jī)制上，現(xiàn)有的邊際電價機(jī)制無法給予儲能與貢獻(xiàn)相匹配的支付［7］。激勵不相容可能導(dǎo)致潛在的策略性行為，文獻(xiàn)［49-50］發(fā)現(xiàn)擁有市場力、與發(fā)電或負(fù)荷聯(lián)合投標(biāo)的儲能可能會策略性報價，這將導(dǎo)致社會福利的減少。為此，文獻(xiàn)［51-52］為儲能設(shè)計(jì)了新的電價機(jī)制，給予儲能更合理的支付。

1.4 配電網(wǎng)側(cè)市場的機(jī)制探索

盡管批發(fā)市場是配置資源的主要手段，但隨著資源的分布化［53-54］，小規(guī)模儲能的交易同樣重要，各類文獻(xiàn)對配電網(wǎng)側(cè)市場的機(jī)制設(shè)計(jì)展開了探索。

部分文獻(xiàn)構(gòu)想了“批發(fā)市場-聚合商-儲能”的3層架構(gòu)，以聚合商為媒介幫助儲能參與市場，并設(shè)計(jì)了多種商業(yè)模式。文獻(xiàn)［55］考慮了聚合商提供報價、儲能決策運(yùn)行計(jì)劃的模式，設(shè)計(jì)了合適的價格體系，能夠在多次反復(fù)博弈之下，保證各方互相合作產(chǎn)生更高效益。文獻(xiàn)［56-57］中，售電商直接調(diào)用儲能資源，以應(yīng)對風(fēng)光出力的不確定性，并在事前或事后給予儲能支付。

也有部分文獻(xiàn)研究了配電網(wǎng)內(nèi)部的直接交易機(jī)制，采用了可交易能源、分布式出清、配電網(wǎng)側(cè)節(jié)點(diǎn)電價、合作博弈等機(jī)制。文獻(xiàn)［58-59］在可交易能源的框架下，設(shè)計(jì)機(jī)制幫助配電網(wǎng)側(cè)儲能直接交易互動，形成了去中心化的扁平交易體系，文獻(xiàn)［60］則采用了分布式的迭代出清方法和自適應(yīng)式的定價方法用于交易，文獻(xiàn)［51］則設(shè)計(jì)了配電網(wǎng)側(cè)節(jié)點(diǎn)電價機(jī)制，反映儲能對緩解阻塞的作用。文獻(xiàn)［61-62］設(shè)計(jì)了微電網(wǎng)內(nèi)儲能共享的合作博弈體系，幫助各市場主體節(jié)約儲能投資成本，減少尖峰負(fù)荷費(fèi)用。

2 美國儲能參與市場的實(shí)踐

在過去儲能規(guī)模有限時，美國各ISO暫時以統(tǒng)一運(yùn)營、集中決策的方式對儲能資源進(jìn)行調(diào)度。ISO與儲能所有者簽訂租賃服務(wù)合同，支付一定的費(fèi)用獲取儲能的運(yùn)營權(quán)，合同模式包括儲能設(shè)施使用協(xié)議、容量服務(wù)協(xié)議、混合能量購買協(xié)議等［63］。

近年來，隨著儲能主體數(shù)量的增加和總?cè)萘康臄U(kuò)大，美國開始嘗試賦予儲能市場主體的地位，并在現(xiàn)有的現(xiàn)貨市場框架內(nèi)配置儲能資源。在2007年的890號 法 案［64］和2013年 的784號 法 案［65］之 后，F(xiàn)ERC開始逐步賦予儲能市場主體的地位。而在2018年著名的841法案［6］后，市場改革大大加快，準(zhǔn)入主體規(guī)模大大增加。

在美國市場中，交易-調(diào)度一體化的ISO根據(jù)市場主體的報價在日前、實(shí)時執(zhí)行全電量出清，確定市場價格和調(diào)度計(jì)劃。因此，美國的市場出清模型構(gòu)建主要由ISO完成，各ISO出臺了一系列政策，包含對能量市場、容量市場、輔助服務(wù)市場、輸電資產(chǎn)規(guī)則的修正，引入儲能聚合商等。

2.1 美國FERC 841法案

隨著儲能主體的增多，美國開始嘗試賦予儲能市場主體的地位，通過市場競爭的方式配置儲能資源。2018年2月，F(xiàn)ERC頒布841號 法案［6］，要求各ISO在現(xiàn)有的市場框架之內(nèi)修正規(guī)則，為儲能參與市場提供便利。

法案首先對儲能做出明確定義，即擁有從電網(wǎng)吸收能量和隨后向電網(wǎng)反送能量能力的設(shè)備，在此簡稱為“吸收-反送”能力。法案要求市場規(guī)則具備中立性，即不同技術(shù)類型、地理位置的儲能參與市場的規(guī)則平等。

法案還對儲能的市場參與提出了若干要求，具體可歸為2類。

第1類是要求公平賦予儲能和其他主體一樣的市場地位。首先，儲能可參與能量、容量、輔助服務(wù)等全體系的市場。這實(shí)際上有助于儲能在各個市場中完成自身的價值實(shí)現(xiàn)與成本回收。以PJM為例，2019年其能量、容量、輔助服務(wù)費(fèi)用分別為133.3、55.1、3.5億美元，均達(dá)到了可觀的規(guī)模［66］。然后，允許儲能在市場上申報投標(biāo)購電或售電，且其充放電能按照節(jié)點(diǎn)電價結(jié)算。這實(shí)際上讓儲能反映自身成本，且讓市場自主發(fā)現(xiàn)儲能的調(diào)峰價值。2019年P(guān)JM平均的峰谷電價價差約為16美元/（MW·h）（合0.105元/（kW·h））［66］，而光伏滲透率較高的美國加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商（California Independent System Operator，CAISO）平均峰谷價差則達(dá)到約45美元/（MW·h）（合0.300元/（kW·h））［67］，在某些供需緊張日期，峰谷價差可達(dá)到1元/（kW·h）以上。市場可根據(jù)不同系統(tǒng)不同日期的調(diào)峰壓力，給出不同的調(diào)峰獎勵。

第2類是要求市場考慮儲能特殊的物理特性。首先，儲能的準(zhǔn)入門檻將從1 MW降低到100 kW。這將在很大程度上增加市場主體數(shù)量，增強(qiáng)市場的競爭性，實(shí)現(xiàn)更大范圍內(nèi)更優(yōu)的資源配置。根據(jù)美國能源部的儲能數(shù)據(jù)庫，這使得具備準(zhǔn)入資格的電化學(xué)儲能裝置數(shù)量從124個上升到289個，占數(shù)據(jù)庫收錄項(xiàng)目的比例從25%上升到55%［68］。其次，明確儲能的荷電狀態(tài)約束，保證儲能不同時充放電，考慮儲能的能量有限性核定其容量價值等。這些政策充分考慮了儲能的物理特性，以容量有限性為例，根據(jù)CAISO的數(shù)據(jù)，市場中大多數(shù)電池儲能的持續(xù)放電時間在1～4 h之間，僅有不到5%擁有超過4 h的放電能力［67］，這與傳統(tǒng)化石燃料機(jī)組有顯著的差異。

FERC各法案的思想是指導(dǎo)性的，在具體執(zhí)行時為各ISO預(yù)留了相當(dāng)?shù)撵`活性，允許其結(jié)合自身市場特點(diǎn)采用不同的技術(shù)路線。

2.2 現(xiàn)貨能量市場機(jī)制

在改革之前，能量市場出清模型較少考慮儲能的物理特性，如荷電狀態(tài)約束、與電網(wǎng)之間的雙向能量流等，而作為現(xiàn)貨市場體系的核心，能量市場能直接產(chǎn)生短期調(diào)度結(jié)果和價格信號，因此大部分ISO都非常關(guān)注其出清模型的修正，以幫助儲能更好地發(fā)揮削峰填谷作用。

在FERC 841法案下，各ISO在選擇技術(shù)路線方面有一定的自主權(quán)，本節(jié)以儲能規(guī)模最大的CAISO、PJM的市場機(jī)制為例進(jìn)行分析，見表2。

表2 CAISO和PJM能量市場機(jī)制對比Table 2 Comparisons between energy market mechanisms of CAISO and PJM

1）CAISO的市場模型

截至2020年，CAISO的儲能總?cè)萘窟_(dá)到7 260 MW，其中非抽水蓄能總?cè)萘窟_(dá)到1 120 MW，2項(xiàng)數(shù)據(jù)均位居美國所有ISO之首［68］。因其較大的儲能容量，CAISO在FERC頒布法案之前就已經(jīng)推動了能量市場模型的修正［69］。

在改革后的市場模式中，儲能可以提交價格投標(biāo)、單日的初始荷電狀態(tài)和期望達(dá)到的末尾荷電狀態(tài)，由ISO求解多時段耦合的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，得到各時段的節(jié)點(diǎn)電價和儲能的充放電計(jì)劃。這種模式之下，儲能的荷電狀態(tài)約束由ISO在出清模型中統(tǒng)一考慮，保證了出清結(jié)果對于儲能的可行性［70］。除去單獨(dú)提交充電投標(biāo)價和放電投標(biāo)價，CAISO也在考慮允許儲能提交循環(huán)一次充放電的價差投標(biāo)，這為儲能的市場參與提供了更多靈活性［71］。

除去這種為儲能設(shè)計(jì)的特殊市場模式外，儲能也可選擇提交自調(diào)度計(jì)劃參與市場，這種模式下儲能可自行管理荷電狀態(tài)，但需要作為市場價格的接受者［70］。

在2020年最新推動的市場改革中，CAISO還關(guān)注到儲能潛在的市場力問題。實(shí)際上，由于儲能放電的成本取決于充電時的價格和在其他時段無法放電的機(jī)會成本，ISO很難像其他機(jī)組一樣掌握儲能的成本區(qū)間，這為儲能逃避市場監(jiān)管、虛報高價提供了便利［72］。為此，CAISO計(jì)劃開發(fā)模塊評估儲能的放電成本。模塊將分別計(jì)算能量成本、機(jī)會成本、裝置老化成本等，加總后得到總成本。若ISO認(rèn)定儲能有動用市場力的可能，將用計(jì)算出的成本替代投標(biāo)價進(jìn)行出清。

2）PJM的市場模型

截至2020年，PJM的儲能總?cè)萘窟_(dá)到6 220 MW，非抽水蓄能總?cè)萘窟_(dá)到780 MW，緊隨CAISO之 后 位 居 美 國 各ISO第2位［68］。PJM積 極響應(yīng)FERC的號召，推動多項(xiàng)市場改革［73］。

在改革后的市場模式中，儲能需要提交價格投標(biāo)和自身所處的工作狀態(tài)［74］。與其他主體一樣，價格投標(biāo)以量-價對階梯曲線的形式呈現(xiàn)。工作狀態(tài)是儲能提交的特殊物理參數(shù)，包含充電、放電、連續(xù)、不可用4種，其中連續(xù)狀態(tài)表示儲能既可充電也可放電。在PJM模式之下，儲能將自己負(fù)責(zé)荷電狀態(tài)的管理，以保證充放電計(jì)劃的可行性。若市場出清結(jié)果不可行，儲能可在實(shí)時運(yùn)行前65 min修改投標(biāo)，以在實(shí)時市場上交易不平衡電量［75］。

儲能也有另外2種參與市場的選項(xiàng)：①和CAISO類似，儲能也可選擇提交自調(diào)度計(jì)劃參與市場；②儲能可以選擇將運(yùn)營控制權(quán)完全移交，由PJM統(tǒng)一調(diào)度規(guī)劃。這種模式原先是為單體規(guī)模較大的抽水蓄能設(shè)計(jì)，PJM收集儲能的物理參數(shù)，并通過交互調(diào)用抽水蓄能優(yōu)化模塊（pumped hydro storage optimizer）和市場出清模型，得到社會福利最大的出清結(jié)果和儲能充放電計(jì)劃［76］。這種模式之下，儲能無法通過投標(biāo)反映自身運(yùn)營成本。

2.3 輔助服務(wù)市場的出清機(jī)制

美國的輔助服務(wù)產(chǎn)品眾多，包含調(diào)頻、旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用等。在改革之前，儲能無法提供某些輔助服務(wù)［77］，而且市場規(guī)則也未能充分考慮快速響應(yīng)型儲能的靈活性。為了幫助儲能更好地提供輔助服務(wù)，各ISO推動了一系列市場改革。

首先，各ISO開始逐步放開限制，允許各類型的儲能提供各類型的輔助服務(wù)，建立公平的市場環(huán)境［77］?？紤]到儲能的快速響應(yīng)特性，PJM允許沒有基礎(chǔ)能量出力的儲能也提供調(diào)頻等輔助服務(wù)［78］。作為對比，發(fā)電機(jī)組提供調(diào)頻服務(wù)時，需要同時中標(biāo)一定的能量以獲得上下調(diào)出力的空間。

早在2011年FERC頒布的755號命令［79］，客觀上也提高了儲能在輔助服務(wù)市場的競爭力。該命令要求各ISO區(qū)分不同響應(yīng)速度的資源，給予高響應(yīng)速度資源更多的獎勵。PJM為此將調(diào)頻信號區(qū)分為傳統(tǒng)調(diào)頻信號Reg A和動態(tài)調(diào)頻信號Reg D，并同時給予容量支付和表現(xiàn)支付［80］。目前，在PJM市場中，儲能以不到4%的容量提供了10.4%的日前旋轉(zhuǎn)備用和23.7%的調(diào)頻。在調(diào)頻表現(xiàn)得分上，77.3%的電池儲能取到了91分以上的表現(xiàn)得分，而僅有3.0%的天然氣發(fā)電機(jī)組和33.9%的水電機(jī)組具有相應(yīng)性能［66］。

2.4 儲能容量價值的測算分析

與發(fā)電機(jī)組不同，作為容量有限型資源，儲能可提供的容量支撐并不僅僅取決于其最大放電速率和強(qiáng)迫停機(jī)率，還和最大能量容量等多種因素有關(guān)，而原先的容量市場難以較好地考慮這一特性。各ISO也在探索儲能參與容量市場的模式，希望給予儲能恰當(dāng)?shù)闹Ц斗从称淙萘績r值，從而激勵后續(xù)容量投資。

在改革初始階段，各ISO采用了較為簡單的規(guī)定，要求儲能滿足一定的連續(xù)放電時間，對不能滿足的放電功率進(jìn)行折價。例如，CAISO要求儲能放電能力持續(xù)4 h以上［81］。能量容量為4 MW·h、功率容量為1 MW的儲能能連續(xù)放電4 h，因而其容量價值為1 MW，容量系數(shù)為100%；而能量容量為2 MW·h、功率容量為1 MW的儲能只能連續(xù)放電2 h，因而其容量價值只能取0.5 MW，容量系數(shù)為50%。其他ISO也采用了類似做法，但在連續(xù)放電時間要求上有所差異，例如PJM為10 h，美國西南電力市場（Southwest power pool，SPP）為4 h，美國新英格蘭獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商（Independent System Operator of New England，ISO-NE）為2 h等［81-82］。

也有部分市場采用了更為靈活的折價方式。例如，美國紐約獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商（New York Independent System Operator，NYISO）根據(jù)最長持續(xù)放電時間計(jì)算分段容量系數(shù)。放電功率低于1 000 MW時，能量容量和放電功率比例（簡稱為能量功率比）為2、4、6、8的儲能，容量系數(shù)分別核定為45%、90%、100%、100%；放電功率高于1 000 MW時，能量功率比為2、4、6、8的儲能，容量系數(shù)分別核定為37.5%、75%、90%和100%［83］。

部分ISO也在考慮利用市場仿真的手段精細(xì)考慮容量價值。PJM在修正容量市場規(guī)則的討論中，考慮利用有效帶負(fù)荷能力（effective load carrying capability，ELCC）來衡量儲能的容量價值［84］，即在系統(tǒng)可靠性指標(biāo)不變的情況下，增加1 MW儲能帶來的尖峰負(fù)荷增量。考慮到這1 MW的儲能可以取不同的能量容量，實(shí)際上ELCC是能量功率比的函數(shù)。通過建立市場仿真模型，并輸入負(fù)荷曲線形狀和分布、電源結(jié)構(gòu)、儲能配置等參數(shù)，可以求解得到結(jié)果。這種方法已經(jīng)被應(yīng)用于風(fēng)電、光伏的容量價值確定［85］，但尚未應(yīng)用于儲能。

2.5 儲能作為輸電資產(chǎn)的探索

目前，市場一般不允許儲能同時從市場渠道和監(jiān)管渠道獲取收益，因?yàn)殡p軌制可能引發(fā)監(jiān)管費(fèi)率確定、儲能運(yùn)營權(quán)歸屬的爭議，F(xiàn)ERC也否定了多個儲能作為輸電資產(chǎn)的申請［86］。但是，儲能實(shí)際上可以在緊急情況下積極響應(yīng)而增強(qiáng)電網(wǎng)安全性，并通過充放電減少線路尖峰潮流而延緩輸電投資，實(shí)際上能起到輸電資產(chǎn)的作用［16］。

FERC在2017年 頒 布PL 17-2-000號 紀(jì) 要［87］，考慮儲能作為輸電資產(chǎn)獲取收益的可能性。紀(jì)要提出了儲能作為輸電資產(chǎn)的4項(xiàng)前提要求：①儲能應(yīng)當(dāng)具備相對輸電線路的成本優(yōu)勢；②應(yīng)當(dāng)防止儲能為其提供的同種服務(wù)從市場、監(jiān)管渠道同時獲得支付；③儲能不能影響其他主體的投標(biāo)空間；④ISO應(yīng)當(dāng)保持自身的獨(dú)立性。在具體執(zhí)行中，對作為輸電項(xiàng)目的儲能采取一事一議的審批原則。

CAISO、PJM、美國中部獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商（Midcontinent Independent System Operator，MISO）等各ISO已在考慮儲能作為輸電資產(chǎn)的可能性。CAISO已經(jīng)在2017—2018年的輸電擴(kuò)展計(jì)劃中，將儲能作為輸電資產(chǎn)的一個備選項(xiàng)評估，并且推動了2個儲能項(xiàng)目的建設(shè)［88］。PJM建立了研究專項(xiàng)，向市場參與方征詢意見［89］。MISO將儲能作為單一輸電資產(chǎn)的提案已經(jīng)得到了FERC批準(zhǔn)通過［90］。

實(shí)際上，儲能作為輸電資產(chǎn)有2種模式：一種是儲能作為單一輸電資產(chǎn)，不再提供市場服務(wù)；另一種是儲能作為混合資產(chǎn)，同時提供輸電服務(wù)和市場服務(wù)。目前各ISO推動的實(shí)際項(xiàng)目大多采用第1種模式，而第2種模式的成本回收機(jī)制仍在討論之中。

2.6 分布式儲能通過聚合商參與市場的模式

根據(jù)FERC 841法案要求，儲能參與市場的規(guī)模準(zhǔn)入門檻應(yīng)降低到100 kW，這已經(jīng)引發(fā)了部分ISO對模型計(jì)算算力的擔(dān)憂［91］。然而，配電網(wǎng)側(cè)的分布式儲能規(guī)模還無法達(dá)到100 kW，無法直接參與輸電網(wǎng)的批發(fā)側(cè)市場。

為了解決分布式資源參與市場的難題，F(xiàn)ERC在2020年 發(fā)布 了2222號 命令［92］，要 求 各ISO修 正市場模型，幫助分布式資源聚合商參與市場。分布式資源聚合商可能在多個節(jié)點(diǎn)與主網(wǎng)產(chǎn)生雙向功率流，改革后的模型將考慮這一特殊的物理特性。同時，聚合商能夠同時參與能量、輔助服務(wù)和容量等多種市場，通過投標(biāo)反映市場參與意愿，并按照節(jié)點(diǎn)電價結(jié)算交易能量。MISO等ISO已經(jīng)修正市場規(guī)則，幫助聚合商參與市場［93］。

分布式儲能交互的主要對象是聚合商。不同聚合商推出的商業(yè)模式有較大差異，包括固定費(fèi)用租賃合約、根據(jù)表現(xiàn)事后分配利潤等方式。MISO區(qū)域內(nèi)，部分聚合商采用的是租賃合約模式，每隔一段時間給予分布式資源固定的支付［94］。

3 英國和澳大利亞儲能參與市場實(shí)踐

除去美國之外，英國和澳大利亞也推動政策改革，使市場更好地配置儲能資源。

這兩國與美國的市場模式有所差異。英國市場沒有全電量出清環(huán)節(jié)，主要由市場主體自主申報發(fā)用電計(jì)劃，然后市場組織者為保證發(fā)用電平衡和消除阻塞，組織平衡市場采購上下調(diào)電量。澳大利亞市場沒有成熟的容量補(bǔ)償體系，主要依靠尖峰價格反映可靠性價值，而且其能量結(jié)算主要基于實(shí)時滾動出清的市場價格。市場模式的差異，使兩國的市場政策改革具備各自特色。

3.1 英國的市場改革措施

英國目前擁有3 600 MW左右的儲能，其中非抽水蓄能為800 MW［68］，英國電化學(xué)儲能的裝機(jī)容量位于歐洲前列。

在儲能的市場定位上，英國市場對儲能作為輸電資產(chǎn)持有謹(jǐn)慎態(tài)度，原則上不允許電力系統(tǒng)運(yùn)營商（Electrical System Operator，ESO）直接投資、控制儲能資源［95］，而要求儲能作為市場主體參與市場。英國近年已經(jīng)逐步調(diào)低參與門檻到1 MW［96］，不過目前尚未對儲能給出單獨(dú)的市場定義，而將其分類為發(fā)電資產(chǎn)［97］。

在英國的市場模式中，儲能有2種參與能量市場的方法：一是提前通過雙邊談判或在交易所交易購入或出售電能，明確交割電力曲線，并在日前提交出力計(jì)劃，盡管儲能本身凈發(fā)電量小于零，但峰、谷電量塊合約可以體現(xiàn)電能的分時價值，儲能可出售價格較高的峰時段塊合約，購入價格較低的谷時段塊合約，套利獲取利潤；二是參與實(shí)時的平衡市場，依靠自身的靈活性，提供上調(diào)量應(yīng)對潛在的功率缺額，提供下調(diào)量幫助可再生能源消納。在2020年的改革之后，儲能開始被納入平衡市場［98］，通過提供上下調(diào)節(jié)量獲利已經(jīng)沒有了政策障礙。

英國也允許儲能參與容量市場。在2020年組織的容量市場中，儲能中標(biāo)容量占比約為5%（50.4 GW中的2.7 GW）［99］。英國在核定儲能容量價值時，從可靠性指標(biāo)出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)的電源結(jié)構(gòu)、負(fù)荷曲線形狀確定儲能實(shí)際的容量支撐價值，這與美國市場在討論的ELCC模式類似［100］。

輔助服務(wù)方面，英國也建立了包含增強(qiáng)快速調(diào)頻、快速調(diào)頻、短期運(yùn)行備用、快速備用等多種產(chǎn)品。其中，2016年誕生的增強(qiáng)快速調(diào)頻產(chǎn)品要求資源在1 s之內(nèi)完成響應(yīng)［101］，這尤其有利于電化學(xué)儲能發(fā)揮其靈活性優(yōu)勢。目前，英國有近1 000 MW的儲能提供調(diào)頻服務(wù)。

中小型儲能可以以聚合商為媒介參與市場。目前英國的聚合商可以提供能量、平衡服務(wù)、容量、需求側(cè)響應(yīng)等多種服務(wù)，充分發(fā)揮價值［102］。

3.2 澳大利亞的市場改革措施

根據(jù)美國能源部數(shù)據(jù)庫的不完全統(tǒng)計(jì)，澳大利亞目前共擁有儲能3 110 MW，其中非抽水蓄能為320 MW［68］。

澳大利亞和美國市場一樣，也擁有能量、輔助服務(wù)的交易標(biāo)的，以供儲能完成價值實(shí)現(xiàn)，但缺乏成熟的容量補(bǔ)償機(jī)制，只依靠單一能量市場，因此致力于形成準(zhǔn)確的能量價格信號［103］。

市場計(jì)劃從2021年10月開始，將結(jié)算時間細(xì)粒度從30 min降為5 min，這有助于反映極短供需緊張時段內(nèi)能量的尖峰價值，儲能的快速響應(yīng)、容量支撐作用可得到獎勵［104］。

此外，澳大利亞也考慮了儲能與電網(wǎng)之間潛在的雙向功率流，定義了新的資源模型。儲能資源可同時申報充電報價和放電報價，市場出清時將根據(jù)供需情況，決定儲能具體的充放電狀態(tài)和功率。這種新型的模型賦予了儲能更大的運(yùn)行可行域，為市場提供了資源配置的更大空間［105］。

4 儲能參與市場的關(guān)鍵問題

結(jié)合學(xué)界的研究和業(yè)界的探索，本章將對儲能參與市場的關(guān)鍵問題進(jìn)行提煉，并比較探討儲能參與市場不同技術(shù)路線。

在設(shè)計(jì)儲能參與市場的機(jī)制之前，應(yīng)當(dāng)明確儲能的角色定位；若儲能作為市場主體，則需要討論儲能市場的框架設(shè)計(jì)；儲能參與現(xiàn)有的批發(fā)市場時，需要探討能量市場的出清模型、價格機(jī)制和容量價值的核算模型；考慮到廣泛的分布式儲能主體，分布式儲能參與市場的交易機(jī)制也值得探索。

4.1 儲能在市場中的角色定位

由于儲能實(shí)際上也具備延緩輸電投資、增加電網(wǎng)安全等輸電資產(chǎn)功能［16，18］，理論上應(yīng)當(dāng)獲取對應(yīng)收益，然而輸電資產(chǎn)在現(xiàn)有市場中是被管制主體。由此引發(fā)了儲能的市場定位問題：儲能能否作為單一市場主體、能否作為單一被管制主體、能否同時作為市場主體和被管制主體。

從現(xiàn)有研究看，分別有文獻(xiàn)以儲能作為單一被管制主體［24-26］、單一市場主體［14，27-34］進(jìn)行研究，也有文獻(xiàn)探討了儲能同時作為2種主體的可能性［38］。從美國實(shí)踐來看，過去FERC對儲能作為輸電資產(chǎn)持謹(jǐn)慎態(tài)度，近年來也開始探索可能性，而各ISO的探索暫時止步于儲能作為單一市場主體。

若儲能作為單一市場主體，固然可以從能量市場、輔助服務(wù)市場和容量市場中獲取收益，但市場無法體現(xiàn)其作為輸電資產(chǎn)的價值，某些在輸電功能方面具有相對優(yōu)勢的儲能項(xiàng)目可能無法被投資。

若儲能作為單一被管制主體，首先需要充分論證在輸電功能上相對線路的優(yōu)勢，并確定合適的投資規(guī)模，防止出現(xiàn)盲目、過度投資；論證通過后，儲能需要被ISO控制，若提供能量、輔助服務(wù)等已市場化的標(biāo)的，會有損ISO的中立性和獨(dú)立性。

若儲能同時作為市場主體和被管制主體，優(yōu)勢在于有潛力實(shí)現(xiàn)其全部價值，可以認(rèn)為是市場發(fā)展的遠(yuǎn)期目標(biāo)。但是，還有諸多挑戰(zhàn)需要解決：一是需要核定儲能從被管制渠道獲取的收益量，防止儲能為其所提供的同種服務(wù)獲取雙份收益；二是儲能需要協(xié)調(diào)市場職能和被管制的職能，明確在容量有限的情況下以誰為先；三是需要保證ISO的獨(dú)立性，若由ISO控制的儲能也能參與市場投標(biāo)、影響市場結(jié)果，這會引發(fā)其他市場主體對公平性的擔(dān)憂。

4.2 儲能參與市場的框架設(shè)計(jì)

利用市場配置儲能資源時，需要設(shè)計(jì)合適的框架，明確與現(xiàn)有市場的融合方式。

學(xué)界的研究中，儲能市場與現(xiàn)有市場的融合模式可分為2類：一類是統(tǒng)一運(yùn)行模式［13，40-47］，即在現(xiàn)有的市場體系中建立儲能資源的物理模型，設(shè)計(jì)合適的市場規(guī)則，市場將同時配置發(fā)電、用電、儲能資源；另一類是獨(dú)立運(yùn)行模式［16，26，35-39］，即ISO、發(fā)電商或用戶作為買方，在儲能使用權(quán)市場上購買儲能使用權(quán)，以改善自身平衡能力、出力曲線或用電曲線。從美國實(shí)踐來看，ISO當(dāng)前主要采用了統(tǒng)一運(yùn)行模式。

相對獨(dú)立運(yùn)行模式的顯式拍賣，統(tǒng)一運(yùn)行模式實(shí)際上實(shí)現(xiàn)了儲能使用權(quán)的隱式拍賣。統(tǒng)一運(yùn)行模式的優(yōu)勢在于，出清模型的目標(biāo)函數(shù)是社會福利最大化，這能夠?qū)崿F(xiàn)全局最優(yōu)，儲能使用權(quán)被配置給創(chuàng)造最大社會福利的主體；同時，統(tǒng)一的市場組織有利于信息發(fā)布和市場監(jiān)管。其劣勢在于，出清模型需要同時優(yōu)化儲能的充放電計(jì)劃、發(fā)電出力、用電曲線，這對模型的準(zhǔn)確度、求解算法的效率提出了較高要求。

4.3 能量市場模型修正

批發(fā)能量市場交易量大，在資源配置體系中具有重要地位。英國市場由各主體自己決策出力計(jì)劃，儲能的引入并不帶來明顯問題，而美國全電量出清的能量市場要求直接生成可供執(zhí)行的調(diào)度計(jì)劃和價格信號，其出清模型無法很好地考慮儲能的荷電狀態(tài)約束和裝置老化成本。另外，抽水蓄能、電化學(xué)、電機(jī)械等儲能的物理特性具有異質(zhì)性，需要在機(jī)制中加以考慮。

現(xiàn)有研究修正了能量市場的投標(biāo)、出清環(huán)節(jié)，考慮了荷電狀態(tài)約束［40］和機(jī)會成本［42-43］。在美國的實(shí)踐中，CAISO將荷電狀態(tài)約束在出清模型中統(tǒng)一考慮，允許儲能提交充放電的價差報價，而PJM則要求儲能自行管理荷電狀態(tài)，并以能量為標(biāo)的展開報價。另外，各ISO也允許儲能以自調(diào)度模式、ISO統(tǒng)一優(yōu)化模式參與市場。

修正市場模型時，不同的技術(shù)路線各有優(yōu)劣。如確定荷電狀態(tài)管理責(zé)任方時，以ISO為責(zé)任方能確保出清結(jié)果落在儲能運(yùn)行可行域之內(nèi)，減少因計(jì)劃不可行導(dǎo)致的實(shí)時偏差，但這使得不同時段的出清模型互相耦合，大大增加了求解的難度。再如確定投標(biāo)模式時，價差投標(biāo)能更準(zhǔn)確地幫助儲能反映充放電循環(huán)一次的成本，但增加了目標(biāo)函數(shù)建模的復(fù)雜性。

為了滿足不同類型儲能的需要，保留多種市場參與模式是有意義的。例如，ISO統(tǒng)一優(yōu)化模式能幫助儲能更有效地削峰填谷，這可能更適用于單機(jī)規(guī)模較大的抽水蓄能，而自主投標(biāo)模式能讓儲能在市場上試探高峰價格，可能更適合于規(guī)模較小、成本較為昂貴的電化學(xué)儲能。值得注意的是，ISO并未對儲能類型加以區(qū)分并強(qiáng)制其以某種模式參與，而是賦予儲能自由選擇權(quán)，保證規(guī)則的公平性。

4.4 市場價格機(jī)制設(shè)計(jì)

在目前能量市場的邊際電價結(jié)算模式之下，儲能面臨獲取的報酬與其貢獻(xiàn)不匹配的困境［7］，且隨著越來越多的儲能發(fā)揮削峰填谷的作用，電價峰谷差的減小將壓縮儲能套利的空間［106］。這實(shí)際上為儲能的策略性行為提供了動機(jī)。因此，需要設(shè)計(jì)合適的價格機(jī)制。

從學(xué)界研究來看，諸多學(xué)者從結(jié)算機(jī)制入手，試圖提升機(jī)制的激勵相容性［51-52］。其中，Vickery-Clark-Gloves（VCG）機(jī)制是一種經(jīng)典的按貢獻(xiàn)結(jié)算的機(jī)制，曾得到諸多學(xué)者的關(guān)注［107-108］。從美國實(shí)踐來看，CAISO則試圖采用成本審核的模式，用監(jiān)審成本替代具備動用市場力潛力的主體的投標(biāo)。

VCG機(jī)制的優(yōu)勢在于，能在保留市場主體報價權(quán)的情況下，有效抑制策略性行為。在該機(jī)制中，儲能獲得支付取決于其創(chuàng)造的社會福利增益，因此個體利益與集體利益一致。然而，VCG機(jī)制給予儲能支付的增加是以收不抵支為代價的，需要設(shè)計(jì)配套的不平衡資金疏解方案。另外，單單對儲能采用VCG支付，也容易引起其他市場主體的質(zhì)疑。

采用成本審核模式的優(yōu)勢在于，現(xiàn)有市場已經(jīng)針對其他主體的市場力出臺了類似機(jī)制，如PJM的三寡頭測試后的成本替代法［109］，這不容易引發(fā)公平性質(zhì)疑，同時也不會產(chǎn)生不平衡資金。然而，成本審核模式并未從根本上解決儲能獲取的報酬與貢獻(xiàn)不匹配的問題，可能會抑制儲能的投資［110］。此外，確保成本監(jiān)審的準(zhǔn)確性也是一個挑戰(zhàn)。

4.5 儲能的容量價值核算

容量充裕性機(jī)制能夠?qū)Y源的容量支撐作用給予獎勵，然而，作為容量有限型資源，儲能的容量價值的準(zhǔn)確核定是一個難題。

目前，一共有如下3種技術(shù)路線：①設(shè)定連續(xù)放電時間要求，對儲能的放電功率進(jìn)行直接折價，為目前大部分ISO所采用；②根據(jù)市場仿真的ELCC結(jié)果確定儲能的容量價值，目前美國各ISO尚在討論此方案，而英國已經(jīng)逐步開始實(shí)際應(yīng)用；③對不同能量功率比儲能，設(shè)定不同的容量系數(shù)，為NYISO所采用。

直接折價模式的優(yōu)點(diǎn)在于標(biāo)準(zhǔn)明晰、執(zhí)行簡單，但其連續(xù)充放電時間要求并不合理，這實(shí)際上要求在整個峰荷期儲能必須保證平穩(wěn)的放電功率，但實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行中，儲能可以根據(jù)負(fù)荷波動在某些時段減少自身的放電功率，在最高峰增加放電功率，因此儲能的容量價值實(shí)際上高于直接折價后的功率。

ELCC模式的優(yōu)點(diǎn)在于，可以根據(jù)負(fù)荷曲線形狀、儲能放電功率和能量容量、電源結(jié)構(gòu)等因素，仿真得到較為準(zhǔn)確的儲能容量價值。其缺點(diǎn)在于，需要在容量市場內(nèi)嵌仿真程序，技術(shù)難度大。另外，仿真結(jié)果的精確性取決于輸入?yún)?shù)的精確性，但預(yù)測的負(fù)荷曲線形狀、電源結(jié)構(gòu)等參數(shù)未必準(zhǔn)確。

對不同能量功率比的儲能核定不同的容量系數(shù)，實(shí)際是對前2個模式的折中，兼具2種模式的優(yōu)缺點(diǎn)。

4.6 分布式儲能參與市場的模式

分布化是電力系統(tǒng)的重要趨勢之一，但分布式儲能參與市場報價的意愿不明，而市場模型也難以直接對數(shù)量龐大的分布式儲能進(jìn)行優(yōu)化，因而需要為分布式儲能設(shè)計(jì)創(chuàng)新性的市場參與模式。

從學(xué)界研究來看，一些學(xué)者主張以聚合商為溝通分布式儲能與批發(fā)市場的媒介［55-57］，一些學(xué)者則直接設(shè)計(jì)了配電網(wǎng)側(cè)的分布式儲能交易機(jī)制［51，58-62］。從 美 國 實(shí) 踐 來 看，F(xiàn)ERC在 批 發(fā) 市 場 層面，要求各ISO培育參與市場的聚合商。

若采用聚合商模式，需要理順2層關(guān)系：一是批發(fā)市場和聚合商的關(guān)系；二是聚合商和分布式資源的關(guān)系。首先，需要考慮聚合商能在多個節(jié)點(diǎn)與電網(wǎng)雙向交流能量的特性，設(shè)計(jì)對應(yīng)的投標(biāo)規(guī)則和出清規(guī)則。其次，需要培育聚合商，形成具有市場競爭力的商業(yè)模式。

若采用配電網(wǎng)側(cè)直接交易的模式，優(yōu)勢在于可促進(jìn)配電網(wǎng)能量的就地平衡，減少對輸電網(wǎng)絡(luò)的潮流壓力和對批發(fā)市場出清的計(jì)算壓力。但是，仍需要探索交易模式簡單、成本較低的機(jī)制，以適應(yīng)小規(guī)模主體較低的市場參與意愿和能力。

5 對中國儲能參與市場的建議

本章首先回顧了中國儲能參與市場的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)，然后結(jié)合學(xué)界的研究進(jìn)展、各國市場的實(shí)踐探索，對中國儲能參與市場的機(jī)制設(shè)計(jì)提出相關(guān)建議。

5.1 中國儲能參與市場的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

在2019年《輸配電定價成本監(jiān)審辦法》［111］出臺后，儲能成本在該監(jiān)審周期不能核入輸配電價成本之中，作為被管制資產(chǎn)的電網(wǎng)側(cè)儲能發(fā)展受到了限制。2021年4月，國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》［112］，要求明確儲能市場主體的定位，同時探索將電網(wǎng)替代性儲能設(shè)施成本收益納入輸配電價回收。2021年5月，國家發(fā)改委發(fā)布《進(jìn)一步完善抽水蓄能價格形成機(jī)制的意見》［113］，提出儲能可從輸配電價中回收部分成本，體現(xiàn)其調(diào)頻、調(diào)壓、系統(tǒng)備用和黑啟動服務(wù)的價值。從成本-效益的角度分析，部分儲能項(xiàng)目事實(shí)上具有提高系統(tǒng)可靠性、替代輸配電資產(chǎn)的作用，若被管制渠道的收益放開，一定程度上可以促進(jìn)部分有成本優(yōu)勢的儲能項(xiàng)目的投運(yùn)。

在相關(guān)政策的支持下，電源側(cè)和用戶側(cè)的儲能發(fā)展迅速，但市場參與仍較為有限。例如，青海等地已經(jīng)出臺政策，要求并網(wǎng)的可再生能源配置一定規(guī)模的儲能；蘇州對分布式儲能給予度電補(bǔ)貼，刺激用戶側(cè)儲能的投資。但是，這些政策只是“單點(diǎn)突破”，并沒有能夠發(fā)揮市場配置資源的作用，儲能本質(zhì)上沒有成為市場主體，只在促進(jìn)可再生能源消納、削峰填谷等特定場景下發(fā)揮作用。可喜的是，2016年《關(guān)于促進(jìn)電儲能參與“三北”地區(qū)電力輔助服務(wù)補(bǔ)償（市場）機(jī)制試點(diǎn)工作的通知》［114］出臺后，陸續(xù)有部分地區(qū)允許第三方儲能進(jìn)入調(diào)頻、調(diào)峰市場，在全國起到了示范的作用。

目前，山西、廣東、甘肅、寧夏等地嘗試性地開展了調(diào)峰、調(diào)頻、需求側(cè)響應(yīng)機(jī)制，但準(zhǔn)入門檻較高。在允許儲能參與市場的省份中，大部分要求儲能的放電功率達(dá)到10 MW，要求較低的廣東省也達(dá)2 MW［115-116］，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于美國0.1 MW的準(zhǔn)入條件。較高的準(zhǔn)入門檻固然減輕了市場組織的壓力，但這使得市場不能充分利用小型儲能設(shè)施，也反過來阻礙小型儲能的投資。

目前的調(diào)峰市場未形成有效的價格機(jī)制，激勵不充足、不穩(wěn)定、不夠準(zhǔn)確。調(diào)峰補(bǔ)償是現(xiàn)貨市場未建立、分時價格未形成時的過渡機(jī)制。部分省份設(shè)定固 定 補(bǔ)償價格，大多 在0.4～0.7元/（kW·h）之間［116］，尚未為電化學(xué)儲能參與調(diào)峰提供充足利潤。同時，現(xiàn)有的調(diào)峰補(bǔ)償價格有被政策干預(yù)的可能，面臨下降甚至取消的風(fēng)險，無法向儲能投資者傳遞穩(wěn)定的收益預(yù)期。另外，固定價格機(jī)制未能通過能量市場準(zhǔn)確地反映不同系統(tǒng)、不同日期調(diào)峰的價值差異，可能造成價格信號的扭曲。

目前，山西、廣東等省的調(diào)頻支付機(jī)制考慮了調(diào)頻效果，有利于獎勵快速響應(yīng)資源［117-118］。與美國市場類似，中國部分省份的調(diào)頻市場也引入了表現(xiàn)支付，給予響應(yīng)速度快、精度高、延遲少的資源更多支付。此外，市場還對調(diào)頻容量、調(diào)頻里程給予部分支付。不過，目前大部分省份的調(diào)頻市場依舊獨(dú)立運(yùn)行，無法很好地考慮調(diào)頻、能量、備用等標(biāo)的間的耦合關(guān)系。

中國目前在推動現(xiàn)貨市場的建設(shè)，市場運(yùn)營成熟后，第三方儲能有望通過分時價差，獲取調(diào)峰價值的獎勵。各現(xiàn)貨試點(diǎn)也在探索容量、輔助服務(wù)等全套市場體系。這一過程中，中國也終將面臨先行市場遇到的問題，包括如何考慮儲能的物理特性，設(shè)計(jì)合適的報價模式和能量市場出清模型，如何在容量補(bǔ)償機(jī)制中對儲能的容量支撐予以獎勵等。

5.2 對中國市場建設(shè)的建議

在設(shè)計(jì)中國儲能參與市場的路徑時，需要同時考慮兩方面因素：一方面，過渡階段中國有一些特色問題亟待解決，以在短期為儲能提供公平的市場參與環(huán)境；另一方面，考慮到先行國家已有的現(xiàn)貨市場機(jī)制也面臨著儲能的不適配性，中國在現(xiàn)貨建設(shè)過程中宜提前布局，提高市場機(jī)制設(shè)計(jì)的完備性。結(jié)合中國當(dāng)下的情況與現(xiàn)貨市場建設(shè)的目標(biāo)，提出如下建議。

1）明確儲能的市場主體定位，并探索儲能從被管制渠道獲取收益的可行性。中國的政策已經(jīng)明確了儲能作為市場主體的定位，因此應(yīng)修正機(jī)制幫助儲能參與能量、輔助服務(wù)市場。在被管制渠道上，探索解決儲能作為輸電資產(chǎn)的若干難題，研究儲能通過輸配電價回收成本的比例，形成一攬子解決方案。

2）擴(kuò)大儲能的市場參與范圍，促進(jìn)各種類型、各種產(chǎn)權(quán)性質(zhì)的儲能共同參與市場，并降低準(zhǔn)入門檻。中國已有部分省份賦予了第三方儲能市場主體的地位，建議在全國推廣，并推動發(fā)電側(cè)、用戶側(cè)的儲能資源在閑置時也參與市場競價，擴(kuò)大資源優(yōu)化配置的空間。此外，考慮到中國目前儲能準(zhǔn)入門檻較高的情況，建議在政策上做好迎接更多小規(guī)模儲能參與市場的準(zhǔn)備，并優(yōu)化出清算法、提升算力以應(yīng)對更多投標(biāo)。

3）形成更有效的調(diào)峰、調(diào)頻價格信號，并逐步向現(xiàn)貨市場的分時價格體系過渡?？紤]到現(xiàn)貨市場建成尚需時日、在地域上也參差不齊，中國獨(dú)立運(yùn)行的調(diào)峰調(diào)頻機(jī)制在短時間內(nèi)仍有一定的實(shí)施空間。調(diào)峰機(jī)制方面，建議根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況建立動態(tài)價格機(jī)制，并在供給側(cè)建立競價機(jī)制，使市場發(fā)現(xiàn)調(diào)峰服務(wù)的真實(shí)價值。調(diào)頻機(jī)制方面，建議在更多省份推廣按調(diào)頻效果付費(fèi)的機(jī)制，獎勵快速響應(yīng)資源。在遠(yuǎn)期，逐步將現(xiàn)有的調(diào)峰調(diào)頻市場與現(xiàn)貨市場融合，用分時價格替代調(diào)峰機(jī)制，并推動能量與調(diào)頻市場的聯(lián)合運(yùn)行。

4）在建設(shè)現(xiàn)貨市場時，將儲能納入統(tǒng)一的市場運(yùn)行框架之中，同時探索以儲能容量使用權(quán)為標(biāo)的的交易機(jī)制。與美國市場類似，中國當(dāng)前的大多數(shù)現(xiàn)貨試點(diǎn)采用了統(tǒng)一運(yùn)營優(yōu)化的市場模式，因而具備了統(tǒng)一優(yōu)化儲能運(yùn)行計(jì)劃的條件，可以嘗試促成更高的社會福利。此外，可開展以儲能容量的使用權(quán)為標(biāo)的的交易機(jī)制，可以靈活地實(shí)現(xiàn)運(yùn)營委托，滿足個性化的交易需要，使儲能資源在更大范圍內(nèi)發(fā)揮更大的貢獻(xiàn)，提高其投資運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)性。例如，可幫助可再生能源等主體在部分時段平抑市場風(fēng)險，以此激勵可再生能源在投建時即尋找配套的儲能設(shè)施，從而保證系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的充足。

5）建設(shè)全電量出清的現(xiàn)貨市場時，需要建立完善的能量市場出清模型，使之適應(yīng)儲能的荷電狀態(tài)約束、老化成本等特性，并探索不同參與機(jī)制對不同類型儲能的適用性。中國當(dāng)前的現(xiàn)貨市場試點(diǎn)仍在起步階段，投標(biāo)、出清等環(huán)節(jié)仍不能精細(xì)化地適應(yīng)儲能的物理特性。各試點(diǎn)市場應(yīng)在建設(shè)到一定階段時，適時考慮儲能參與交易的機(jī)制要素設(shè)計(jì)，如：根據(jù)自身的軟件算力、市場主體投標(biāo)能力等實(shí)際情況，確定荷電狀態(tài)約束的管理責(zé)任方和投標(biāo)標(biāo)的形式。另外，可探索量-價投標(biāo)、自調(diào)度、市場組織者直接調(diào)度等多種市場參與模式，供儲能市場主體根據(jù)其自身特點(diǎn)和主觀意愿選擇。

6）考慮現(xiàn)貨市場邊際電價支付機(jī)制下儲能潛在的策略性行為，對儲能的放電成本進(jìn)行核準(zhǔn)分析，探索構(gòu)建按照實(shí)際貢獻(xiàn)支付的價格機(jī)制。目前中國儲能的規(guī)模有限，峰谷差的減少不一定會使儲能喪失削峰填谷的激勵。但是，儲能規(guī)模擴(kuò)大后，如果峰谷差降低，儲能可能在市場上出現(xiàn)策略性報價的情況，如虛報高價或物理持留等，而現(xiàn)有的市場監(jiān)管辦法難以對這種情況進(jìn)行辨識與干預(yù)。為此，需要未雨綢繆，對儲能參與市場交易的能量成本、機(jī)會成本、裝置老化成本等提前進(jìn)行摸底分析，掌握其大致成本區(qū)間。此外，需要探索按實(shí)際貢獻(xiàn)對儲能展開支付的可能性，這既能抑制儲能的策略性行為，也可賦予儲能更大的投資激勵。

7）在探索容量補(bǔ)償機(jī)制的過程中，結(jié)合具體的尖峰負(fù)荷曲線形狀、電源結(jié)構(gòu)等系統(tǒng)特性，合理核算儲能資源的容量價值。中國未來電網(wǎng)的可再生能源比例將不斷提升，電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行需要不同能量功率比的儲能以應(yīng)對不同持續(xù)時間的尖峰負(fù)荷。因此，需要差異化考慮不同能量功率比儲能的容量價值，以取代簡單地以最小持續(xù)放電時間對儲能容量進(jìn)行無差別折價的粗糙方式。在技術(shù)條件成熟后，可過渡到ELCC模式，實(shí)現(xiàn)容量價值的精確化核定。

8）激勵分布式儲能投資，積極培育聚合商主體，并探索儲能參與配電網(wǎng)側(cè)直接交易的模式。分布式可再生能源是未來中國重要的能源發(fā)展方向，分布式儲能作為其配套，對于配電網(wǎng)實(shí)時平衡、自主調(diào)峰具有重要作用。一方面，可開展聚合商聚合分布式資源的試點(diǎn)項(xiàng)目，在實(shí)踐中探索發(fā)展商業(yè)模式，幫助批發(fā)側(cè)市場更好地利用分布式儲能資源；另一方面，可探索研究儲能參與配電網(wǎng)側(cè)直接交易的機(jī)制，形成交易成本低、流程簡單、適應(yīng)性好的市場機(jī)制。

6 結(jié)語

在發(fā)展高比例可再生能源的背景下，為促進(jìn)并適應(yīng)儲能參與市場交易，本文從市場價值、交易框架、市場模型等角度綜述了國內(nèi)外的研究情況，并詳細(xì)介紹了在不同市場模式下，美國、英國、澳大利亞在市場機(jī)制方面做出的方案探索和規(guī)則修訂。其中，在FERC 841法案指導(dǎo)下，美國各ISO的實(shí)踐尤具代表性。

基于學(xué)界研究和業(yè)界實(shí)踐，本文從6個方面歸納了儲能參與市場交易的關(guān)鍵機(jī)制問題：儲能的市場角色定位、儲能市場的框架設(shè)計(jì)、能量市場的模型修正、市場價格機(jī)制設(shè)計(jì)、儲能容量價值核算、分布式儲能的市場參與機(jī)制，并對比了不同機(jī)制設(shè)計(jì)方案的優(yōu)勢和劣勢。

最后，本文結(jié)合中國市場起步期的問題和現(xiàn)貨市場建設(shè)的遠(yuǎn)景，借鑒學(xué)界研究和先行國家經(jīng)驗(yàn)，對中國儲能參與市場提出了政策建議。