美国加州分布式储能参与电力市场分析
宋安琪 李 新
（广东电网有限责任公司佛山供电局，广东佛山528000）
摘 要： 分布式储能的应用正日益改变着电力供需体系，从全球来看，分布式储能如何参与电力市场交易还处于摸索阶段。现梳理了美国CAISO为促进分布式储能市场化交易而设定的政策及市场规则，通过分析其参与市场的障碍，总结出了我国分布式储能参与电力市场可以借鉴的经验。
关键词： 分布式储能；美国；电力市场；聚合
0 引言
截至2018年底，全球分布式电化学储能投运规模达到5.4 GWh，占全球电化学储能投运总规模的50.6%，是各个应用领域中累计装机规模最大、应用场景最丰富的领域。从区域上来看，分布式储能在美国、欧洲、澳大利亚、日本等国家和地区的应用较为活跃，这些国家具有较高的终端用户电价、合理的峰谷电价差等比较有利于储能应用的电价制度。根据中关村储能产业技术联盟全球储能数据库的不完全统计，截至2019年11月，美国已投运的电化学储能项目总规模达1.26 GW。从区域上看，PJM、CAISO、ERCOT、MISO、ISO-NE合计占到美国储能总规模的90%以上。CAISO（California Independent System Operator，Inc）是加州电力市场的运营主体和加州电网的调度中心，是美国储能能量规模最大的地区，占到已投运项目44%的能量规模和18%的功率规模。加州储能以提供能量服务为主，应用领域比PJM更为多样。本文将详细介绍CAISO区域为促进分布式储能的应用而设定的政策及市场规则关键点。
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1 储能资源模型与准入标准
为了方便储能装置参与电力市场交易，CAISO先后定义了3种资源模型：代理需求响应资源（PDR）、分布式能源（DER）以及非发电资源（NGR），这3种不同的资源模型有着不同的性能要求，如表1所示，也代表了参与电力市场交易的不同身份。
代理需求响应资源（PDR）：电力市场的参与者根据价格信号减负荷，并参与能量市场以及辅助服务市场的竞标，同类中的还包括RDR模型以及CAISO为储能装置能更容易在市场中获利而重新定义的PDR-LSR模型。
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分布式能源（DER）：CAISO允许不同的分布式能源包含储能装置以“聚合”（aggregation）的形式加入到电力市场交易中。
按照DER理论，如果规则和商业模式允许，那么DER可以提供CAISO能源和辅助服务市场中的多种有价服务。但目前DER的参与比较有限，预计在短、中期内这种情况仍将如此，主要是因为DER面临着来自政策监管、经济效益、技术等方面的障碍。
针对分布式能源资源聚合，对其可以聚合的单个资源的数量没有限制，可以包括一种或多种资源类型。一个聚合中的资源可以跨多个定价节点，但必须在单个子负荷聚合点内，即在CAISO明确的一条输电阻塞的同一侧，其他要求如表1所示。
而在NGR形式中，选择参加REM方案，储能单元可持续放电的时间要求从60 min缩短到15 min，即可以申报20 MW，能量费如黄色柱状图。从图1可知，两种形式能量费相同，但在REM方案中，储能可获得更多的容量费，这将更有利于储能发挥其灵活性高的优势，也可以实现实时充放电管理。
由于分布式储能具有规模小、分布散的特点，多点聚合成为分布式储能发展的趋势之一。DER形式可以聚合包括任意形式的分布式资源，如发电、储能和/或需求侧资源，成为研究热点。
2 分布式能源资源聚合（DER Aggregation）
加州辅助服务市场购买的辅助服务是一种容量储备，任何资源只要在辅助服务市场被选中，不管实际上在实时市场/实时调度是否被利用到，被选中的容量都会按该产品的市场价得到支付。如果被利用到，被调度到的能量还按实时市场的能量价格再次得到结算。因此，辅助服务资源可获得容量费和调用的能量费，从收益构成上来看，容量费较能量费占更大比例。
分布式能源聚合的所有者或运营商被称为分布式资源供应商（DERP），可以参与CAISO的能量和辅助服务市场。要成为市场参与者，DERP必须：（1）与CAISO签署协议，表明其接受并将遵守协议；（2）向CAISO提供一份组成其一个聚合或多个聚合的分布式资源的清单；（3）通知分布式资源所在的服务区域的公用事业配电公司或计量子系统；（4）获取公用事业配电公司或计量子系统的同意信；（5）完成CAISO的新资源开展流程，包括10天的试运行期。
2.1 参与批发市场的机制
以一套20 MW/5 MWh的储能系统为例，在PDR形式中，辅助服务市场要求储能单元必须具备持续放电1 h的能力。为满足此需求，储能系统只能选择申报5 MW容量以保证被调用时具备持续放电1 h的能力，中标后容量费按照5 MW进行结算，能量费按照绿色柱状图进行结算，如图1所示。
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与其他市场参与者一样，DERP只能通过调度协调员在批发能量市场和辅助服务市场进行竞标。关键的例外是，当DERP的聚合资源跨越多个定价节点时，调度协调员提交的投标必须包含发电分布因子（generation distribution factors），其反映了聚合资源中每个节点的资源份额。在响应代表DERP的投标时，CAISO将把聚合资源视为单个资源，而不考虑单个DERs的位置。CAISO针对聚合层面发布调度指令，然后由DERP将这些指令分解到DERs。DERs必须在定价节点级别提供一个与CAISO的调度指令和投标中的发电分布因子（如果有的话）一致的净响应。
经济效益方面，主要是DER净收入低，预测设备、监控设备等设备的大量投入又提高了成本。另外，加州的零售侧的净计量计划或CAISO的PDR、RDR模型，由于其收益较高，均对DER构成竞争。很多分布式储能项目可能选择参与前者，而不是通过DER模式去聚合参与批发市场。
表1 PDR、DER、NGR参与电力市场交易的性能要求对比
图1 储能系统参与REM与不参与REM的应用对比
2.2 DERP参与批发市场的障碍
非发电资源模型（NGR）：为了储能可以更广泛参与电力市场，尤其是调频市场，发挥储能装置在灵活性发面的优势，CAISO定义了NGR模型，并制定了专门的调频能量管理方案（REM）。NGR中分为3种细分模型，即LESR、一般性NGR、DDR。储能可以根据情况用以上3种不同身份中的一种参与到电力市场交易中，并依据身份的不同要求，提供不同的服务形式（容量、能量以及各种不同类型的辅助服务）。需要注意的是，同一个储能单元，既可以选择PDR形式，也可以选择NGR形式参与到电力市场交易中，但如果选择PDR，将不能参与REM方案，而在REM方案中，储能单元可以获得更大的收益。
政策监管方面，主要来自CAISO试图将分布式资源聚合与传统的发电设施放在同一基础上对待。最大的监管障碍是24/7结算制度，该制度要求7天24小时结算，电池所有者必须支付通过表计充电时的零售电价，另外还需为这部分充电支付批发市场的LMP价格，从而导致计量表后的电池支付两次充电费用。此外，对跨越在零售/批发界限的DERs进行支付导致了不同主体之间的协调问题，包括CAISO与公用事业配电公司。
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技术障碍方面，每个DER都要配备表计或相关设备，而提供辅助服务时，必须安装能够每隔1 min传送数据的遥测系统。此外，还要解决电网末端双向流动带来的电力供需平衡问题。
3 DER参与市场交易机制的经验总结
由于每个电力市场的特定规则和环境是不同的，CAISO迄今为止在DER项目上的经验对其他地方的适应程度不同，以下经验可作为其他区域的借鉴。
（1）应该全面审查法律监管层面的需求。监管机构应将设计DERs通过聚合参与批发市场的过程视为一个机会，可以重新审视现有设计和实施要求的逻辑的机会。（2）必须仔细考虑与现有需求响应程序的交互性。DER programs的结构应该尽可能与现有的需求响应程序互补，而不是竞争。（3）管辖权问题将持续存在，只有通过监管机构之间持续的合作才能有效管理。由于DERs跨越了零售/配电和批发/大宗采购的传统边界，因此它们无论更多地参与哪一类，都将继续挑战实际操作环境与法律环境。（4）谨慎处理与公共事业所有的配电公司的合作。（5）提炼出可以通过研究和试点项目需要解决的问题。
4 结语
从国际储能市场来看，分布式储能的崛起与发展离不开政策的鼓励与机制的支持，在政策激励带来的快速发展之际，部分国家开始从简化分布式储能参与电力市场的流程，降低市场准入门槛，允许分布式储能参与更多市场等方面推进电力市场规则的修改，一方面挖掘分布式储能在维持电力系统稳定性、安全性以及帮助接入更多可再生能源等方面的潜力与价值，另一方面为分布式储能所有者提供更多收益来源，促进分布式储能的蓬勃发展。
［参考文献］
[1]李岱昕.从CAISO和PJM区域电力市场，看储能的能量型和功率型应用状况[J].电器工业，2018（7）：41.
[2]陈中飞，荆朝霞，陈达鹏，等.美国调频辅助服务市场的定价机制分析[J].电力系统自动化，2018，42（12）：1-10.
[3]周树鹏，尤培培.美国加州用户侧储能激励政策及对我国的启示[J].科技风，2019（10）：240.
[4]陈大宇，张粒子，王澍，等.储能在美国调频市场中的发展及启示[J].电力系统自动化，2013，37（1）：9-13.
基金项目： 中国南方电网有限责任公司科技项目（GDKJXM 20172886）
收稿日期： 2019-11-21
作者简介： 宋安琪（1988—），女，河南永城人，工学硕士，工程师，从事综合能源服务技术研究工作。
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