引言

截至2018年底,全球分布式電化學儲能投運規(guī)模達到5.4Gwh,占全球電化學儲能投運總規(guī)模的50.6%,是各個應用領域中累計裝機規(guī)模最大、應用場景最豐富的領域。從區(qū)域上來看,分布式儲能在美國、歐洲、澳大利亞、日本等國家和地區(qū)的應用較為活躍,這些國家具有較高的終端用戶電價、合理的峰谷電價差等比較有利于儲能應用的電價制度。根據(jù)中關村儲能產(chǎn)業(yè)技術聯(lián)盟全球儲能數(shù)據(jù)庫的不完全統(tǒng)計,截至2019年11月,美國已投運的電化學儲能項目總規(guī)模達1.26Gw。從區(qū)域上看,PJM、CA1so、ERCoT、M1so、1so-NE合計占到美國儲能總規(guī)模的90%以上。CA1so(California1ndependentsystemoperator,1nc）是加州電力市場的運營主體和加州電網(wǎng)的調度中心,是美國儲能能量規(guī)模最大的地區(qū),占到已投運項目44%的能量規(guī)模和18%的功率規(guī)模。加州儲能以提供能量服務為主,應用領域比PJM更為多樣。本文將詳細介紹CA1so區(qū)域為促進分布式儲能的應用而設定的政策及市場規(guī)則關鍵點。

1儲能資源模型與準入標準

為了方便儲能裝置參與電力市場交易,CA1so先后定義了3種資源模型:代理需求響應資源(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交易的不同身份。

代理需求響應資源(PDR）:電力市場的參與者根據(jù)價格信號減負荷,并參與能量市場以及輔助服務市場的競標,同類中的還包括RDR模型以及CA1so為儲能裝置能更容易在市場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能裝置以"聚合"(aggregation）的形式加入到電力市場交易中。

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

以一套20Mw/5Mwh的儲能系統(tǒng)為例,在PDR形式中,輔助服務市場要求儲能單元必須具備持續(xù)放電1h的能力。為滿足此需求,儲能系統(tǒng)只能選擇申報5Mw容量以保證被調用時具備持續(xù)放電1h的能力,中標后容量費按照5Mw進行結算,能量費按照綠色柱狀圖進行結算,如圖1所示

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

加州輔助服務市場購買的輔助服務是一種容量儲備,任何資源只要在輔助服務市場被選中,不管實際上在實時市場/實時調度是否被利用到,被選中的容量都會按該產(chǎn)品的市場價得到支付。如果被利用到,被調度到的能量還按實時市場的能量價格再次得到結算。因此,輔助服務資源可獲得容量費和調用的能量費,從收益構成上來看,容量費較能量費占更大比例。

2分布式能源資源聚合(DERAggregation）

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

2.1參與批發(fā)市場的機制

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

分布式能源聚合的所有者或運營商被稱為分布式資源供應商(DERP）,可以參與CA1so的能量和輔助服務市場。要成為市場參與者,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聚合或多個聚合的分布式資源的清單;(3）通知分布式資源所在的服務區(qū)域的公用事業(yè)配電公司或計量子系統(tǒng);(4）獲取公用事業(yè)配電公司或計量子系統(tǒng)的同意信;(5）完成CA1so的新資源開展流程,包括10天的試運行期。

與其他市場參與者一樣,DERP只能通過調度協(xié)調員在批發(fā)能量市場和輔助服務市場進行競標。關鍵的例外是,當DERP的聚合資源跨越多個定價節(jié)點時,調度協(xié)調員提交的投標必須包含發(fā)電分布因子(generationdistributionfactors）,其反映了聚合資源中每個節(jié)點的資源份額。在響應代表DERP的投標時,CAIso將把聚合資源視為單個資源,而不考慮單個DERs的位置。CAIso針對聚合層面發(fā)布調度指令,然后由DERP將這些指令分解到DERs。DERs必須在定價節(jié)點級別提供一個與CAIso的調度指令和投標中的發(fā)電分布因子(如果有的話）一致的凈響應。

2.2DERP參與批發(fā)市場的障礙

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能源和輔助服務市場中的多種有價服務。但目前DER的參與比較有限,預計在短、中期內(nèi)這種情況仍將如此,主要是因為DER面臨著來自政策監(jiān)管、經(jīng)濟效益、技術等方面的障礙。

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)電設施放在同一基礎上對待。最大的監(jiān)管障礙是24/7結算制度,該制度要求7天24小時結算,電池所有者必須支付通過表計充電時的零售電價,另外還需為這部分充電支付批發(fā)市場的LMP價格,從而導致計量表后的電池支付兩次充電費用。此外,對跨越在零售/批發(fā)界限的DERs進行支付導致了不同主體之間的協(xié)調問題,包括CAIso與公用事業(yè)配電公司。

經(jīng)濟效益方面,主要是DER凈收入低,預測設備、監(jiān)控設備等設備的大量投入又提高了成本。另外,加州的零售側的凈計量計劃或CAIso的PDR、RDR模型,由于其收益較高,均對DER構成競爭。很多分布式儲能項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。

技術障礙方面,每個DER都要配備表計或相關設備,而提供輔助服務時,必須安裝能夠每隔1min傳送數(shù)據(jù)的遙測系統(tǒng)。此外,還要解決電網(wǎng)末端雙向流動帶來的電力供需平衡問題。

3DER參與市場交易機制的經(jīng)驗總結

由于每個電力市場的特定規(guī)則和環(huán)境是不同的,CAIso迄今為止在DER項目上的經(jīng)驗對其他地方的適應程度不同,以下經(jīng)驗可作為其他區(qū)域的借鑒。

(1）應該全面審查法律監(jiān)管層面的需求。監(jiān)管機構應將設計DERs通過聚合參與批發(fā)市場的過程視為一個機會,可以重新審視現(xiàn)有設計和實施要求的邏輯的機會。(2）必須仔細考慮與現(xiàn)有需求響應程序的交互性。DERprograms的結構應該盡可能與現(xiàn)有的需求響應程序互補,而不是競爭。(3）管轄權問題將持續(xù)存在,只有通過監(jiān)管機構之間持續(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)實際操作環(huán)境與法律環(huán)境。(4）謹慎處理與公共事業(yè)所有的配電公司的合作。(5）提煉出可以通過研究和試點項目需要解決的問題。

4結語

從國際儲能市場來看,分布式儲能的崛起與發(fā)展離不開政策的鼓勵與機制的支持,在政策激勵帶來的快速發(fā)展之際,部分國家開始從簡化分布式儲能參與電力市場的流程,降低市場準入門檻,允許分布式儲能參與更多市場等方面推進電力市場規(guī)則的修改,一方面挖掘分布式儲能在維持電力系統(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值,另一方面為分布式儲能所有者提供更多收益來源,促進分布式儲能的蓬勃發(fā)展。