獨立儲能電站參與電力現貨市場機制及試運行分析

關立，周蕾，劉航航，周新生，陶瑋，趙梓州

(1. 國家電網有限公司，北京 100031；2. 國網山東省電力有限公司，山東 濟南 250000；3. 北京清大科越股份有限公司，北京 100084)

0 引言

建設新型電力系統(tǒng)是中國推動實現碳達峰、碳中和目標的關鍵舉措[1]。隨著風電、光伏等新能源快速發(fā)展，裝機容量在電力系統(tǒng)中占比與日俱增，電力系統(tǒng)迫切需要更充足的靈活調節(jié)資源以平抑大規(guī)模新能源隨機波動給電網運行帶來的沖擊[2]。在此背景下，儲能及其配套市場機制研究成為當前市場領域研究的重點[3-4]。

目前，儲能裝置建設成本較高[5-6]。從具體實踐情況來看，初期儲能主要與火電、風電、光伏等電源以聯(lián)合體形式打捆參與市場交易[7-8]。文獻[9-11]分別研究了火儲、風儲、光儲一體化系統(tǒng)在調頻市場中的運行控制策略。在廣東、山東等地，儲能以一體化系統(tǒng)形式廣泛應用于調頻市場交易中[12-13]。此外，儲能裝置也可用于優(yōu)化新能源電站發(fā)電曲線。文獻[14-15]分別采用模糊控制算法、遺傳算法提出了面向風儲、光儲一體化系統(tǒng)的優(yōu)化控制策略，進而平抑新能源波動。文獻[16-17]考慮儲能裝置運行成本和新能源發(fā)電預測偏差，提出了以預期收益最大為目標的優(yōu)化運行策略，避免了因預測偏差造成的收益損失。文獻[18-19]討論了一體化系統(tǒng)電能量現貨市場中的競價策略問題，提出了以預期效益最大化為目標的現貨申報策略，進一步應用于電能量現貨市場交易中。

現有研究主要探討了一體化系統(tǒng)參與市場交易的問題。由于一體化系統(tǒng)中儲能裝置規(guī)模較小，在實現電能時間平移，促進削峰填谷等方面效用有限。隨著新能源快速發(fā)展，電力系統(tǒng)迫切需要以獨立儲能形式參與市場[20-23]。隨著新型電力系統(tǒng)加速建設，新能源裝機和發(fā)電量占比將逐漸增大，亟須研究適應獨立儲能的市場機制設計方案。

作為國內首批電力現貨市場建設試點，山東率先推出獨立儲能設施現貨市場交易機制。本文圍繞山東獨立儲能現貨市場交易機制設計，探討獨立儲能參與市場概況和市場機制設計問題。結合試運行情況，分析獨立儲能參與市場交易的效益，展望后續(xù)市場機制改進方向。

1 山東省獨立儲能參與市場概況

山東電源結構呈現顯著的“兩大一高”特點，即光伏和煤電裝機容量大、供熱機組裝機占比高。截至2021 年底，山東煤電裝機為116 GW，光伏裝機為33.43 GW。其中，供熱機組裝機容量占直調煤電機組80%以上，造成電網調節(jié)能力有限，加劇新能源消納困難。為解決新能源消納難題，山東持續(xù)加快能源轉型發(fā)展，使獨立儲能參與現貨市場，獨立儲能電站規(guī)模如表1 所示。

表1 獨立儲能電站的規(guī)模Table 1 Scale of independent energy storage power station

為支持獨立儲能發(fā)展，形成可持續(xù)的良性發(fā)展模式，搭建了“1+2”的獨立儲能盈利模式架構，其中“1”為獨立儲能投運即可獲得的容量補償費用，“2”為獨立儲能可參與電能量市場或調頻輔助服務市場交易獲得收益。獨立儲能參與市場有3 種機制，具體如下。

（1）容量補償電價機制。山東在中國率先建立了容量補償電價機制，以容量補償費用形式補償發(fā)電機組固定成本，并將獨立儲能電站納入補償主體。獨立儲能月度可用容量主要由其有效充放電容量確定，即

（2）調頻輔助服務市場交易。獨立儲能可通過參與調頻輔助服務市場交易，提供調頻服務獲得收益。實際上，在廣東、山東的調頻市場建設中，大量常規(guī)電源已通過配套儲能參與調頻市場獲得收益[24-25]。獨立儲能調頻性能優(yōu)越，參與調頻市場有望獲得更高調頻補償。

（3）電能量現貨市場交易。隨著電能量現貨市場試點建設，山東原調峰輔助服務市場與電能量現貨市場逐步融合。獨立儲能參與電能量現貨市場交易，本質上是利用峰谷時段分時價差，通過提供削峰填谷服務獲得收益。因此，分時電價差水平決定了獨立儲能在電能量市場的收益高低。

儲能裝置利用分時價差，參與電能量現貨市場交易，既能夠實現自身盈利，也有利于新能源消納。目前電儲能在調頻與電能量現貨間的銜接機制尚在研究，為保證系統(tǒng)安全，初期要求在任一運行日電儲能僅能參與調頻或電能量現貨市場，后期將研究銜接機制，實現其在多個市場聯(lián)合高效出清。

2 獨立儲能參與現貨市場機制設計

當前山東電力現貨市場采用全電量競價模式。按照“發(fā)電側報量報價，用電側報量不報價”的原則，基于節(jié)點邊際電價出清確定現貨市場價格，并通過差價結算模式與中長期市場交易實現有效銜接。山東電能量現貨市場包括日前市場、日內機組組合調整、及實時市場等階段，并與調頻輔助服務市場有序銜接，聯(lián)合運轉。

在上述現貨市場框架下，提出了基于自調度模式的獨立儲能現貨市場交易機制。該模式的基本特征在于獨立儲能運營商日前申報自調度曲線，并在滿足電網安全運行和新能源優(yōu)先消納條件下先出清。同時，獨立儲能運營商作為現貨市場價格接受者，根據市場出清、實際運行結果進行結算。

本文從申報模式、出清模式、價格與結算機制3 個方面探究獨立儲能自調度模式參與的機制設計要點。

（1）申報模式設計。獨立儲能運營商僅須在競價日申報自調度曲線。自調度曲線本質上為獨立儲能運營商根據市場出清價格預測，制定的最優(yōu)運行曲線，以明確運行日各時段充放電狀態(tài)及功率。

為便于獨立儲能運營商合理申報自調度曲線，在競價日，市場運營機構將次日負荷預測、新能源預測出力、發(fā)輸變電設備檢修情況等市場運行信息進行信息披露。獨立儲能運營商須自行開展市場出清價格預測，并以此作為申報依據。為了規(guī)范申報數據，初期要求獨立儲能運營商采用不超過2 次申報自調度曲線。

山東3 座獨立儲能電站某競價日實際申報的自調度曲線如圖1 所示。在圖1 中，功率 ＞0，表明該時刻處于放電狀態(tài)；功率 ＜0，則處于充電狀態(tài)。等效負荷曲線能夠反映供需變化形勢，從而為測算提供依據。對獨立儲能運營商來說，等效負荷曲線可根據市場公開信息得到。運行日的等效負荷曲線如圖2 所示。從圖2 可以看出，當天3 座獨立儲能均選擇在午間低谷時段充電，并在晚間高峰時段放電。自調度曲線與凈負荷曲線峰谷變化緊密相關，能夠實現削峰填谷，緩解高峰供應緊張問題。

圖1 獨立儲能自調度曲線Fig. 1 Curve of independent energy storage and self dispatching

圖2 等效負荷Fig. 2 Equivalent load

（2）出清模式設計。獨立儲能作為優(yōu)先出清電源，僅需要對其是否滿足電網安全約束和新能源優(yōu)先消納要求進行判定。出清結果將作為日前和實時現貨市場出清模型的邊界條件，從而構建安全約束機組組合、安全約束經濟調度模型。

在電網安全約束校驗中，目前采用離線安全分析方式，校驗獨立儲能自調度曲線是否滿足所在地區(qū)電網運行約束。當前三個獨立儲能所處地區(qū)電網整體可靠性較強，自調度曲線一般均能滿足電網安全約束，未出現因電網原因導致獨立儲能自調度曲線難以出清的情況。

在新能源優(yōu)先消納校驗中，采用等效峰谷差校驗方法，在凈負荷曲線基礎上進一步疊加獨立儲能自調度曲線，若疊加自調度曲線后所得的等效負荷曲線較原凈負荷曲線高峰時段負荷需求降低且低谷時段負荷需求增加，則表明獨立儲能申報的自調度曲線有助于提升低谷時段新能源消納，可以出清，否則不予出清。

（3）價格與結算機制設計。獨立儲能電能量現貨市場結算中采用“日清月結”模式，作為價格接受者，接受日前市場出清價格。實際交換功率與申報自調度曲線間的偏差電量按照實時現貨市場出清價格結算。

獨立儲能在電能量現貨市場中結算電費為

3 山東獨立儲能參與現貨市場試運行分析

自2022 年3 月起，山東獨立儲能電站作為市場主體參與現貨市場結算試運行，期間獨立儲能電站積極參與電能量現貨交易，獨立儲能運營商參與市場交易的業(yè)務銜接更為順暢，市場申報更加合理。

自調度模式下，獨立儲能電站根據現貨市場披露信息，預測市場出清價格，申報自調度曲線。由于采用優(yōu)先出清模式，試運行期間獨立儲能所申報的自調度曲線均全額出清。自調度曲線與日前市場出清價格匹配程度實際上決定了獨立儲能電能量現貨市場交易收益預期。近一個月的市場申報和出清結果顯示獨立儲能運營商申報的自調度曲線與出清價格匹配性呈逐步提升趨勢，該結果表明了獨立儲能運營商自調度模式下的市場預測分析能力逐步提升，更加適應現貨市場交易環(huán)境。

以某獨立儲能2022 年3 月5 日、20 日申報自調度曲線和日前現貨市場出清價格為例，申報與出清結果匹配程度如圖3 所示。從圖3 可以看出，2022 年3 月20 日自調度曲線與日前市場出清價格契合程度較2022 年3 月5 日有顯著提升。

圖3 匹配程度Fig. 3 Matching degree

對試運行期間獨立儲能電能量現貨市場交易情況進行結算分析。獨立儲能電能量現貨市場結算收益變化如圖4 所示。從圖4 可以看出，獨立儲能逐日結算費用整體呈上升趨勢。日結算電費均值達到32 萬元，則預計月度結算收入可達900 萬～1 000 萬元。

圖4 收益情況Fig. 4 Income situation

獨立儲能參與現貨交易在創(chuàng)造自身交易收益的同時，通過高峰發(fā)電、低谷充電，能夠發(fā)揮緩解高峰電力緊張、促進低谷新能源消納的作用。2022 年3 月5 日—4 月5 日，獨立儲能電站通過現貨市場交易日均促進負荷削峰260 MW，低谷期間消納新能源日均超過5.5 GW·h。獨立儲能設施市場交易機制逐漸完善，將對能源轉型發(fā)揮突出作用。

4 結語

本文講述了山東省獨立儲能參與市場的盈利模式，重點介紹了獨立儲能參與電能量現貨市場交易機制設計和試運行情況。作為實現獨立儲能參與現貨市場的省份，山東提出了基于自調度模式的獨立儲能現貨市場交易機制。試運行情況表明獨立儲能運營商在現貨市場中申報策略日趨成熟，收益呈增長趨勢，同時獨立儲能在緩解高峰電力緊張和促進新能源消納方面發(fā)揮了重要作用。與此同時，從實踐情況來看，獨立儲能調節(jié)優(yōu)勢有待進一步發(fā)揮，要進一步為投資者提供長期穩(wěn)定收益，不利于引導投資。為此，亟待研究與獨立儲能相配套的中長期市場機制，形成可量化收益評估模型，以激勵更多的市場主體投資獨立儲能。