儲能型虛擬電廠參與國外電力市場的報價收益方式及對中國的啟示思考

摘要：在能源轉型的大環(huán)境下，為面對新能源帶來的各種挑戰(zhàn)，儲能型虛擬電廠被認為是應對新能源帶來挑戰(zhàn)的重要手段之一。作為儲能產業(yè)鏈龍頭國家，中國積極探索儲能產品市場化推廣渠道。為解決當前儲能收益不足的困境，梳理了較為典型的國外市場中儲能參與市場方式及策略，包括主能量市場、輔助服務市場和容量市場等多個方面，給出了具備可實施性的市場組織方式，并結合中國國情和電力工業(yè)市場化推進力度，為我國未來儲能型虛擬電廠參與電力批發(fā)市場提出建議。關鍵詞：電力批發(fā)市場；儲能型虛擬電廠；市場策略；主能量市場；輔助服務市場0

引言隨著“雙碳”目標的確立，可再生能源蓬勃發(fā)展，給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行帶來了極大的挑戰(zhàn)，儲能技術的發(fā)展拓寬了電力系統(tǒng)實現(xiàn)供需平衡的途徑，對于未來新型電力系統(tǒng)具有重要作用。由于存在數(shù)量較多的小容量儲能，導致電網(wǎng)無法對所有儲能進行有效的調度。虛擬電廠是依托現(xiàn)代化智能控制技術，將分布式電源、儲能與可調負荷聚合的協(xié)調管理系統(tǒng)?？梢圆捎锰摂M電廠的方式實現(xiàn)儲能的優(yōu)化調度。中國作為儲能產業(yè)鏈龍頭國家，涌現(xiàn)了寧德時代、億緯鋰能、派能科技等一大批制造企業(yè)，雖然儲能產能豐富，但從上述企業(yè)年報來看，它們近幾年營收增長主要集中在海外市場。儲能作為能量有限性資源和雙向調節(jié)資源，在大規(guī)模接入的情況下，其充放電安排將影響到市場出清結果，對市場成員的競爭將產生巨大的影響，以往面向傳統(tǒng)機組和負荷設計的市場參與方式并不能很好地適應大量儲能參與的情況。文獻對儲能的特性進行了分析，并介紹了儲能參與現(xiàn)貨市場存在的問題。文獻研究了美國儲能參與現(xiàn)貨市場的方式，并分析了其對市場收益的影響。文獻分析了國內外儲能在調頻、調峰等市場的應用情況，指出儲能具有良好的市場前景。文獻分析了在虛擬電廠中引入儲能設備，有效提高了虛擬電廠的靈活性和可靠性。文獻針對澳大利亞虛擬電廠發(fā)展狀況，分析了儲能的充放電策略將影響到虛擬電廠響應現(xiàn)貨市場價格和輔助服務需求的能力。針對中國儲能產能能力和利用程度錯配的現(xiàn)狀，有如下問題值得思考：①自《關于進一步深化電力體制改革的若干意見》（中發(fā)〔2015〕9號）發(fā)布以來，電力市場化改革日益進入深水區(qū)，就儲能發(fā)展來看，需要了解阻礙儲能社會投資積極性的具體原因；②歐美成熟市場中儲能是否就是通過價差套利獲得收益，它們是否還有其他收益獲取辦法，從實施層面來看需要了解這些具體的做法；③基于國情現(xiàn)狀，中國在拓展儲能收益獲取方式方面，尤其是儲能型虛擬電廠方面，所需要了解的值得探索和借鑒的國外經驗。因此，本文主要對國外一些典型市場進行研究，梳理國外典型的儲能參與電力批發(fā)市場方面的市場機制，并對其特點進行對比分析，根據(jù)不同特性儲能提出相關建議。在此基礎上，結合中國電力批發(fā)市場發(fā)展現(xiàn)狀，對中國儲能型虛擬電廠參與電力批發(fā)市場提出相關建議。1中國當前儲能收益堪憂從儲能產業(yè)鏈角度，中國的芯片制造、運維管理等多個層面已經在世界智能制造領域占據(jù)絕對優(yōu)勢，涌現(xiàn)出一批類似寧德時代、比亞迪等龍頭生產企業(yè)。根據(jù)中關村儲能產業(yè)技術聯(lián)盟（ChinaEnergyStorageAlliance，CNESA）儲能項目庫的不完全統(tǒng)計，截至2022年年底，中國已投運的儲能項目裝機規(guī)模達59.8

GW，占全球儲能市場裝機總規(guī)模的25%，2022年新增投運的儲能項目裝機規(guī)模達到16.5GW。但儲能企業(yè)營收增長卻是海外市場貢獻最大，寧德時代、億緯鋰能、派能科技等企業(yè)在2022年營收增長100%，部分企業(yè)海外市場占比超過90%。對于儲能產業(yè)的長遠健康發(fā)展，需要更多的市場政策的驅動。2022年，國家發(fā)展和改革委員會、國家能源局發(fā)布了《關于進一步推動新型儲能參與電力市場和調度運用的通知》（發(fā)改辦運行〔2022〕475號），進一步明確了儲能的市場主體地位，通過建立和完善電力市場交易規(guī)則以及運營機制，推動儲能參與各類電力市場。地方政府根據(jù)國家的政策文件，并結合地區(qū)經濟和產業(yè)特點出臺相應的儲能政策，中國各?。▍^(qū)）的儲能政策匯總如表1所示。這些為儲能產業(yè)的發(fā)展提供了良好的政策基礎，為未來儲能全方位參與電力批發(fā)市場創(chuàng)造了條件。以山東為例，相較于其他?。▍^(qū)），山東對于儲能參與現(xiàn)貨市場政策推進力度很大，主要從容量補償、現(xiàn)貨市場價差2個方面獲利。容量補償方面按儲能月度可用容量補償標準的2倍計算，即使擁有如此高額的容量補償費用，也僅僅占到了儲能總投資的2.2%；從現(xiàn)貨市場價差方面，雖然山東現(xiàn)貨市場價差最高超過1500元/MWh，但其持續(xù)時間小于15min，而持續(xù)時長達到小時級的電價差區(qū)間基本在600元/MWh，且由于新能源大規(guī)模接入，現(xiàn)貨市場價格呈現(xiàn)中午低、晚上高的特點，使得原本兩充兩放提高收益的方式不具備實施條件，對于小時級集中型儲能電站想要從現(xiàn)貨市場價差中獲取足額收益非常困難。因此，針對中國儲能國內產能大，但盈利空間不足從而導致大量制造企業(yè)不得不開拓海外市場，究其原因主要差距在于美國、歐洲、澳大利亞等擁有更成熟的儲能參與現(xiàn)貨市場機制，其共性特征在于建立了公平的市場競價機制，讓儲能主體在自由市場中獲得商業(yè)利益。隨著復雜國際環(huán)境和政治格局的構建，有必要充分挖掘國外在儲能成熟市場，尤其是設計多樣性電力市場交易產品方面的國際經驗，為中國未來構建自力更生的全國統(tǒng)一大市場進行技術儲備。2國外儲能參與主能量市場方式及策略2.1儲能主能量市場參與方式主能量市場主要是進行發(fā)電商和負荷之間的電能量交易，由于儲能的充放電特性，儲能可以作為發(fā)電商或者負荷參與主能量市場?；趦δ艿奶匦?，不同的市場對于儲能的報價方式有不同的要求，其中主要包括報量不報價、報量報價和全調度等方式。表2對儲能參與主能量市場的報價方式進行了比較，主要包括美國賓夕法尼亞-新澤西-馬里蘭州（Pennsylvania-NewJersy-MarylandInterconnection，PJM）、美國加州獨立系統(tǒng)運營商（California

IndependentSystemOperator，CAISO）、美國得州電力可靠性委員會（ElectricReliabilityCouncilofTexas，ERCOT）等市場。2.2儲能主能量市場參與策略研究在儲能參與主能量市場策略方面，儲能以主能量市場收益最大化為目標，通過策略性報價獲取更多的電能量收益。由于在全調度的方式下，儲能不進行報量報價，其無法通過自身報價來影響自身收益，因此，以下主要針對報量不報價、報量報價2種方式進行討論。1）儲能以報量不報價的方式參與市場。儲能的報量不報價是指只申報電量而不申報電價的投標方式，即申報每個時段的充放電功率，如圖1所示。文獻介紹了儲能運營商根據(jù)市場預測電價，以自身收益最大化為目標，確定儲能的出力曲線，并通過申報儲能充放電功率的方式參與電能量市場。圖1

儲能報量不報價方式示意儲能報量不報價的方式主要應用于儲能發(fā)展初期階段容量較小時，給以儲能運營商更大的靈活性且作為價格的接收者，儲能運營商可以更加靈活地確定各個時段的充放電計劃，同時保證了充放電計劃的可行性。在這種方式下，儲能運營商需要對市場電價預測提出了較高的要求，若市場預測電價存在較大的偏差，會造成儲能的收益損失。對于儲能運營商而言，其考慮的策略主要包括基于對未來24

h預測電價進行優(yōu)化、基于歷史電價生成電價概率函數(shù)進行優(yōu)化等方式。2）儲能以報量報價的方式參與市場。儲能的報量報價是指一種同時申報電量和電價的投標方式，即通過申報電量-電價曲線的形式參與電能量市場。在這種報價方式下，儲能運營商需要提交充放電報價以及儲能的物理參數(shù)，由市場組織者根據(jù)市場出清模型確定儲能的充放電計劃，并根據(jù)出清電價獲得相應的收益。但是在國外不同的市場模式中，報量報價的方式存在一些差別。（1）儲能申報價差的方式。儲能可以提交價差報價來參與市場，如圖2所示，儲能需要在批發(fā)市場中申報上下2條價格限值，當批發(fā)市場出清價高于其申報的放電價格時儲能放電，反之批發(fā)市場價格低于其申報的充電價格時儲能充電。文獻根據(jù)儲能充放電成本提交充放電價差報價，儲能需要申報一個充電價格、一個放電價格以及儲能的物理約束，參與市場的優(yōu)化出清確定儲能的出力計劃。圖2

儲能申報價差示意（2）儲能申報工作狀態(tài)及充放電價格的方式。在PJM的市場模式中，儲能可以選擇以儲能資源參與模式（energystorageresourceparticipationmodel）的方式參與市場，其需要儲能提交充放電報價以及儲能每個時段所處的充放電狀態(tài)，如圖3所示。儲能運營商對于工作狀態(tài)的確認，其主要通過對于市場電價的預測來選擇更有利于實現(xiàn)自身利益最大化的申報方式。圖3

儲能申報工作狀態(tài)及充放電價格示意（3）儲能申報充放電價格的方式。在CAISO的市場模式中，儲能可以選擇以非發(fā)電資源（non-generatingresource，NGR）的方式參與市場，儲能運營商需要申報充放電報價和儲能物理參數(shù)，其中包括儲能荷電狀態(tài)約束和始末荷電狀態(tài)，儲能申報充放電價格示意如圖4所示。圖4

儲能申報充放電價格示意根據(jù)CAISO制定的儲能和分布式能源（energystorageanddistributedenergyresources，ESDER）發(fā)展計劃，在最新的第四階段，對于儲能資源末尾時刻的荷電狀態(tài)，儲能運營商可以申報一個荷電狀態(tài)范圍，但仍需要遵守儲能的能量狀態(tài)約束。文獻中考慮了優(yōu)化儲能末尾的荷電狀態(tài)約束，這有利于提高儲能資源的靈活性，提高儲能運營商的收益水平。對于儲能的充放電報價，儲能可以基于儲能成本特性確定，也可以通過策略性報價確定。文獻提出了在CAISO市場中儲能充放電報價模式下，儲能的成本需要考慮放電成本、儲能退化成本和機會成本。文獻基于儲能退化成本，利用深度強化學習建立儲能的競價策略。文獻基于儲能的充放電報價，通過隨機規(guī)劃和魯棒優(yōu)化等算法，確立了儲能的最優(yōu)報價策略。3國外儲能參與輔助服務市場方式及策略輔助服務市場是保障電網(wǎng)安全、提高電能質量的重要一環(huán)，由于儲能良好的調節(jié)特性，其被廣泛應用于調頻、爬坡、慣量和快速頻率響應等輔助服務中。表3對國外市場不同類型輔助服務進行了總結，主要包括PJM、CAISO、美國中西部地區(qū)（MidcontinentIndependentSystemOperator，MISO）等市場。在市場策略方面，輔助服務市場以提供高效的調節(jié)能力為目的，儲能主要通過提供多類型輔助服務市場獲取收益。因此，對于儲能運營商而言，需要根據(jù)其自身運行特性以及實際需求制定不同的市場參與策略，提供不同的輔助服務來提高自己的收益水平。如PJM管轄的區(qū)域可再生能源占比并不高，并且有較為成熟的輔助服務市場機制，儲能項目主要為功率型儲能，應用于調頻服務；但與PJM相對照的則是CAISO管轄區(qū)域相比，儲能可以提供調頻、備用等輔助服務，其原因在于加州的新能源占比較高，需要儲能來平抑新能源出力波動，儲能可以選擇更多的參與方式獲取收益，而不僅僅是通過提供調頻服務；隨著英國電網(wǎng)對于光伏、風電等新能源的依賴程度加大，需要調用更多的靈活性資源對系統(tǒng)進行有效調節(jié)，英國市場引入了更加快速的動態(tài)產品，由于動態(tài)產品要求調節(jié)資源在1s內響應，目前英國市場中提供快速調節(jié)的資源主要是電池儲能；澳大利亞為應對新能源帶來的低慣量問題，在現(xiàn)有的輔助服務市場的基礎上，考慮引入慣量服務，而儲能可以快速地提供慣量支撐。4國外儲能參與容量市場方式及策略容量市場是典型的容量充裕度機制，以市場競爭的形式對機組中標容量給予一定的補償，在美國PJM和英國的容量市場中，儲能都被認可為參與主體。容量市場基于可靠性準則，通過容量可信度對各市場主體對于可靠性貢獻進行評價，從而根據(jù)各市場主體的容量可信度進行定價。儲能參與不同的容量市場總結如表4所示，主要包括PJM、美國紐約州（New

YorkIndependentSystemOperator，NYISO）、美國新英格蘭州（IndependentSystemOperatorofNewEngland，ISO-NE）以及英國市場。儲能作為能量型的資源，在容量市場中為了將其能量型特征轉化為容量型，不少容量市場運營機構都引入了持續(xù)放電時間這一概念，并將最大放電功率作為儲能的容量。持續(xù)放電時間不同的儲能容量可信度具有明顯的差異，因此在容量市場中通常便以持續(xù)時間區(qū)分不同的儲能資源。英國的容量市場拍賣提前4年或1年舉行，主要包括

T?4和T?1容量拍賣。T?1容量拍賣的合同期是1年，T?4容量拍賣的合同期最長為15年。由于合同期較長，具有更加穩(wěn)定的收益來源，儲能運營商更多選擇T?4。在英國容量市場中，通過降級因子評估儲能資源的可靠性，最小放電時間越長，儲能資源的降級因子越大。英國監(jiān)管機構也在不斷修正儲能資源容量的評估方式，對儲能資源的容量可信度進行有效評價。近年來，PJM容量市場也在考慮利用ELCC評估儲能的容量價值，NYISO根據(jù)儲能最長放電時間計算分段容量系數(shù)，ISO-NE則考慮利用不同的容量價值評估方式。在市場策略方面，容量市場以可靠性為目標，因此儲能在容量市場的策略主要也是圍繞可靠性所提出的一些策略，從而在容量可信度評估中得到更高的值，以得到更多的容量補償。所考慮的調度策略包括最小化失負荷小時數(shù)，最小化各時刻最大失負荷電量等，采取這種策略的原因在于系統(tǒng)調度機構以可靠性貢獻作為評判儲能容量價值的標尺，對于同樣電量容量和功率容量的儲能設備，文獻提出了一種儲能協(xié)調運行的方法，使得其采用文中提出的調度策略能夠獲得更低的失負荷小時數(shù)。5對中國儲能型虛擬電廠參與批發(fā)市場的啟示思考在能源轉型的大背景下，可再生能源給電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行帶來了極大的挑戰(zhàn)，同時中國各?。▍^(qū)）也在探索電能量市場、輔助服務市場和容量市場的全套市場體系，并隨著儲能的快速發(fā)展，有必要考慮儲能型虛擬電廠參與電力批發(fā)市場的適配性問題。國外儲能參與批發(fā)市場的經驗對中國有很多啟示思考。1）設計合理的儲能型虛擬電廠準入門檻。根據(jù)中國國家和地方的儲能政策，大多數(shù)省（區(qū)）都已經明確了儲能市場主體地位，儲能參與電能量、輔助服務市場的參與度快速提升。參考美國的儲能準入門檻為0.1

MW，而對于中國儲能可以參與市場的?。▍^(qū)），山東為5

MW、廣東為2

MW、新疆為5

MW，其對于儲能的準入門檻要求較高，不利于小容量的儲能參與市場。因此，有必要適時降低儲能的準入門檻，為小容量儲能參與市場創(chuàng)造條件。2）探索儲能作為輸電資產的可行性。中國幅員遼闊，用電主要集中在東部沿海地區(qū)，發(fā)電主要集中在西部內陸地區(qū)，兩者之間的不匹配問題極大地加劇了中國對于電能量輸送的需求，由于輸電線路存在阻塞問題，而儲能具有延緩輸電線路投資、可靠性高等優(yōu)勢，有必要考慮儲能作為輸電資產的應用價值，美國PJM、CAISO、MISO等市場都開展了儲能作為輸電資產的研究。其中，MISO將儲能與其他輸電資產一起納入輸電線路規(guī)劃中，儲能可以通過輸電設備成本回收機制獲得穩(wěn)定的收益；CAISO考慮了儲能作為發(fā)電資產和輸電資產如何實現(xiàn)收益公平的模式，作為輸電資產基于輸電成本獲得部分收益，同時參與批發(fā)市場獲取收益，兩者可以同時進行，但是不能進行雙重收費。因此，結合中國的能源背景以及現(xiàn)階段儲能收益并不樂觀的情況，適時考慮儲能作為輸電資產獲取收益的方式，利用電網(wǎng)公司的規(guī)劃進行優(yōu)化配置，并通過輸電成本回收機制為儲能提供收益保證。3）探索適用于中國的儲能型虛擬電廠補貼政策。浙江溫州梅嶼100MW/200MWh電化學儲能電站項目是國內首個以大容量集中式儲能電站為主體的虛擬電廠，儲能型虛擬電廠具有良好的商業(yè)前景。但是現(xiàn)階段中國電力市場化機制尚不成熟，儲能的收益水平并不高，阻礙了儲能的投資建設。如廣東、湖南等省主要通過新能源配儲和參與調峰市場獲取收益，但儲能在實際運行過程中調用率較低，多數(shù)時候為一充一放甚至出現(xiàn)不調用的情況，這極大地降低了儲能運營商效益。參考美國市場的成功經驗，如加州對分布式能源及儲能進行自發(fā)電激勵項目（self-generationincentiveprogram，SGIP）補貼，疊加投資退稅政策（investmenttaxcredit，ITC），加州儲能產業(yè)發(fā)展迅速。2022年美國眾議院批準了通貨減免法案（inflationreductionact，IRA），該法案提出了對新能源及儲能項目的新稅收抵免，在原有30%的ITC的稅收減免的基礎上，對于滿足要求的儲能項目將獲得額外的10%稅收減免，這都為儲能的發(fā)展提供了良好的政策支持。因此，對于中國而言，有必要結合當前儲能發(fā)展現(xiàn)狀，探索研究可行的儲能補貼政策，以國家政策為主導，推動儲能產業(yè)的發(fā)展。4）探索儲能型虛擬電廠參與多市場的市場策略。相較于抽水蓄能，新型儲能（主要為電化學儲能）具有很多不同的物理和運行特性，如放電時長較短、充放電循環(huán)壽命和充放電深度等特性。在美國成熟的市場環(huán)境下，電化學儲能可以選擇多種方式參與現(xiàn)貨市場，在報量報價的方式下考慮儲能的成本特性，其中包括充電成本、儲能退化成本及機會成本，并確定儲能的邊際成本進行報價。中國仍處于現(xiàn)貨市場建設階段，首先考慮儲能以報量不報價的方式參與現(xiàn)貨市場，隨著儲能成本下降以及市場建設的完善，再采取更為多樣的市場參與方式。中國現(xiàn)階段的輔助服務市場主要包括調峰、調頻2種輔助服務類型，國外的輔助服務類型則更為精細，在國外成熟的現(xiàn)貨市場中，儲能60%~70%的收益來自輔助服務市場，中國目前的儲能收益主要來自峰谷套利。隨著中國輔助服務市場的建設，慣量、快速頻率響應等新型輔助服務的引入為儲能參與輔助服務市場提供了更多的選擇，儲能通過提供多輔助服務類型獲取收益的比重將逐步上升。在未來的市場建設中逐步實現(xiàn)多類型市場持續(xù)完善、有效銜接融合。5）制定合理的儲能型虛擬電廠發(fā)展規(guī)劃。截至2022年年底，中國風電、光伏發(fā)電裝機規(guī)模達到7.6億kW，占總裝機量的30%，能源低碳綠色轉型不斷加速。新能源出力短時內的波動特性對于系統(tǒng)頻率穩(wěn)定產生較大的影響，電化學儲能、飛輪儲能等響應特性好的儲能可以提供較好的調頻服務。此外，以新能源占比較高的美國加州為例，其光伏裝機量很大，并隨著光伏發(fā)電量的上升，白天的凈負荷減少，而在日落之后凈負荷急劇上升，這也造成了凈負荷趨向于“峽谷曲線”。相較于“鴨子曲線”，這對電力系統(tǒng)平衡功率提出了更高的要求，系統(tǒng)在日落之后需要快速部署發(fā)電機組來應對凈負荷的急劇變化。在