儲能參與容量市場的國內(nèi)外現(xiàn)狀及機(jī)制思考

丁 濤，孫嘉瑋，黃雨涵，穆程剛，黃文淵，耿思敏

（1.西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，陜西省西安市 710049；2.中國電力科學(xué)研究院有限公司（南京），江蘇省南京市 210003）

0 引言

隨著“雙碳”目標(biāo)的提出和中國新一輪電力體制改革的建設(shè)，可再生能源滲透率提高和傳統(tǒng)化石能源機(jī)組退出帶來的電力長期充裕性問題亟待解決。因此，中國在建立容量市場時(shí)有必要充分考慮儲能資源的特性，探索儲能資源參與容量市場的合理路徑。

儲能資源類型豐富，可以在電網(wǎng)中發(fā)揮削峰填谷、促進(jìn)新能源消納和容量支持的作用，在新型電力系統(tǒng)中將擔(dān)當(dāng)重任［1-4］。近年來，儲能產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展離不開國家的大力支持。2022 年，由國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)的《“十四五”新型儲能發(fā)展實(shí)施方案》［5］中，明確提出要加快推進(jìn)電力中長期交易市場建設(shè)進(jìn)度，推動儲能作為獨(dú)立主體參與各類電力市場。

盡管近年來中國積極推動儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，多地加大峰谷價(jià)差，但現(xiàn)階段的國內(nèi)儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍面臨著獲利不足的問題，當(dāng)前基于可變成本的電力市場鮮有體現(xiàn)儲能資源容量特性的部分。此外，儲能裝置受其自身荷電約束的影響，能夠提供穩(wěn)定充放電的時(shí)間有限，在容量價(jià)值評估等方面與常規(guī)機(jī)組存在著顯著差異［2，6］。同時(shí)，中國的容量機(jī)制建設(shè)起步晚、尚處于萌芽階段，學(xué)術(shù)界對于儲能資源參與容量市場建設(shè)的討論相對有限，國內(nèi)容量機(jī)制在建設(shè)過程中必然面臨著諸多風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)。因此，在借鑒國際經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，立足中國國情，建立合理的容量機(jī)制從遠(yuǎn)期對儲能資源進(jìn)行容量費(fèi)用補(bǔ)償，既可以幫助儲能產(chǎn)業(yè)回收固定投資成本，為投資者提供合理的價(jià)格信號，又可以避免尖峰電價(jià)回收模式對供電可靠性造成的威脅，從而為保障高比例新能源下電力系統(tǒng)整體發(fā)電資源的充裕性、電源結(jié)構(gòu)的合理性提供切實(shí)有效的途徑。

容量機(jī)制能夠保障發(fā)電容量的充裕性，并解決電能量市場基于邊際成本競價(jià)而導(dǎo)致發(fā)電企業(yè)難以回收固定投資成本的問題，在世界上多個(gè)國家和地區(qū)［7-14］有著良好的實(shí)踐。典型的容量機(jī)制有戰(zhàn)略備用機(jī)制、容量補(bǔ)貼機(jī)制［15-19］、稀缺定價(jià)機(jī)制［20-21］、容量市場機(jī)制［6，14］、可靠性期權(quán)機(jī)制［22-23］等。同時(shí)，文獻(xiàn)［24-25］對已有實(shí)踐的不同容量機(jī)制的特征和優(yōu)缺點(diǎn)等進(jìn)行了系統(tǒng)的梳理和總結(jié)。

學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為，中國容量機(jī)制建設(shè)的方案是初期采取容量補(bǔ)貼方式、遠(yuǎn)期建設(shè)容量市場［18-19，26］。目前，全國已有11 個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）擬建立容量補(bǔ)貼機(jī)制，山東［27-29］、廣東［30-31］2 個(gè)省份已有具體的容量補(bǔ)貼政策可供參考，但整體而言，中國的容量機(jī)制建設(shè)仍處于探索階段。因此，有必要汲取國外容量機(jī)制的實(shí)踐和研究經(jīng)驗(yàn)，探索適合中國國情的容量市場建設(shè)道路。

本文從多角度對儲能參與容量機(jī)制的國內(nèi)外研究和現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)研分析，旨在分析未來儲能參與中國容量市場可能面臨的風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)，并在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)制設(shè)計(jì)等方面提供一些思考。

1 儲能參與容量市場的國內(nèi)外研究

儲能參與容量市場是保障電力安全經(jīng)濟(jì)供應(yīng)的重要途經(jīng)，是學(xué)術(shù)界討論的熱點(diǎn)話題。當(dāng)前，學(xué)術(shù)界的關(guān)注點(diǎn)主要在儲能參與容量市場的重要性、儲能的容量核定、容量市場出清模型的設(shè)計(jì)及儲能的容量費(fèi)用疏導(dǎo)問題上。

1.1 儲能參與容量市場的重要性

在新能源高比例滲透的背景下，儲能的參與對提升容量市場運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)性、可靠性具有重要意義。一方面，儲能的參與可以擴(kuò)大可行域范圍，節(jié)約系統(tǒng)在相同可靠性下的運(yùn)營成本；另一方面，儲能可以作為容量支撐電源部分替代常規(guī)電源，提升系統(tǒng)的供電可靠性。文獻(xiàn)［32］分析了儲能資源和需求側(cè)響應(yīng)（demand side response，DSR）資源對系統(tǒng)容量需求的價(jià)值，表明儲能資源的參與可以使系統(tǒng)在達(dá)到同等可靠性條件下花費(fèi)較低的成本；文獻(xiàn)［33］基于序貫蒙特卡洛采樣計(jì)算了儲能資源對系統(tǒng)可靠性的平均和增量貢獻(xiàn)，證明了儲能資源參與容量市場的巨大潛力和替代常規(guī)電源的能力；文獻(xiàn)［34］表明儲能資源的可用性將對最佳發(fā)電組合產(chǎn)生重要影響，減少對峰荷火電機(jī)組的容量需求，同時(shí)，對儲能裝置實(shí)施降額會增加投資者對常規(guī)火電機(jī)組的偏好，影響儲能的收益和投資。需求側(cè)儲能能夠調(diào)控市場的容量需求，對市場容量出清價(jià)格產(chǎn)生影響，進(jìn)而有效削減系統(tǒng)的容量投資成本。文獻(xiàn)［35］指出儲能作DSR 資源參與容量市場能夠削減尖峰負(fù)荷，助力新能源消納。

對于儲能資源而言，參與容量市場獲得容量費(fèi)用補(bǔ)貼是其回收固定投資成本的重要渠道，可以為投資者提供長期價(jià)格信號。文獻(xiàn)［35］指出儲能作為容量市場供給方時(shí)的收益可以補(bǔ)償由電力稀缺帶來的超額利潤。文獻(xiàn)［36］認(rèn)為新能源機(jī)組的低邊際成本可能會造成未來現(xiàn)貨市場的邊際出清價(jià)格降低，從而壓縮用戶側(cè)儲能在現(xiàn)貨市場上的盈利空間，容量費(fèi)用將是其回收固定投資成本的重要來源。因此，有必要對儲能參與容量市場的問題予以關(guān)注。

1.2 儲能的可信容量核定

能量有限性使得容量核定更加困難，儲能的可信容量通常采用等效或降額的方式計(jì)算。文獻(xiàn)［37］發(fā)現(xiàn)儲能的容量價(jià)值與其電力容量、電量容量、充放電效率、負(fù)荷曲線形狀、電源結(jié)構(gòu)等多種因素有關(guān)。文獻(xiàn)［38］提出了衡量儲能可信容量的改進(jìn)等效載荷能力（equivalent load carrying capacity，ELCC）方法，即根據(jù)負(fù)荷曲線形狀、電源結(jié)構(gòu)、儲能的充放電時(shí)間等仿真確定儲能資源的容量價(jià)值；文獻(xiàn)［39］采用不同的降額方法計(jì)算儲能的可信容量；文獻(xiàn)［40］認(rèn)為等效的方法高估了儲能的容量可信度，而使用近似估計(jì)的方法低估了儲能的削峰潛力。

此外，部分學(xué)者基于儲能在運(yùn)營過程中面對的各種情況，提出了核定儲能裝置可信容量的不同方法。文獻(xiàn)［6］提出可根據(jù)儲能在峰荷時(shí)期申報(bào)的凈能量與峰荷出清時(shí)長的商確定可信容量，該規(guī)則給予了儲能主體更高的報(bào)價(jià)靈活度。文獻(xiàn)［41-42］提出一種基于儲能對峰值負(fù)荷削減量的容量核定方法。文獻(xiàn)［43］設(shè)計(jì)了在連續(xù)時(shí)段中，考慮系統(tǒng)停電對于儲能運(yùn)行和充放電狀態(tài)影響的容量核定方法。文獻(xiàn)［2］指出儲能可信容量可按照能量功率比折價(jià)，或根據(jù)儲能對尖峰負(fù)荷的削減量的仿真結(jié)果確定。文獻(xiàn)［15］提出中國容量市場可沿用根據(jù)峰荷時(shí)期的歷史出力數(shù)據(jù)方法核定儲能的可信容量。對于儲能與新能源組成聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的情況，儲能可減少新能源因出力不穩(wěn)定性導(dǎo)致的考核效益損失。文獻(xiàn)［44］研究了電源側(cè)儲能平滑風(fēng)光機(jī)組出力的聯(lián)合運(yùn)營模式，并基于序貫蒙特卡洛模擬的方法計(jì)算風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的可信容量。對于儲能作為DSR 資源時(shí)的容量核定，文獻(xiàn)［36］研究了英美容量市場中含用戶側(cè)儲能的可信容量核定方式，包括基于歷史削減負(fù)荷量和基于可靠性指標(biāo)兩種核定方法。

1.3 考慮儲能的容量市場出清模型

當(dāng)前，容量市場出清多考慮的是針對峰值負(fù)荷出清火電機(jī)組的最大電力容量，而非各個(gè)時(shí)段的機(jī)組出力，因此是單時(shí)段出清的。儲能的物理特性要求在模型中添加儲能的荷電狀態(tài)約束或系統(tǒng)能量約束，以及是否在可靠性約束中計(jì)及儲能。而考慮多時(shí)段耦合關(guān)系的模型是當(dāng)前研究中尚存空白的部分，因?yàn)槿萘渴袌隹紤]的時(shí)間段長度和起止時(shí)刻仍有爭議，且需要考慮儲能在峰荷時(shí)段的可用度等因素。如何建立考慮儲能的容量市場模型是一個(gè)亟待解決的復(fù)雜問題。

盡管目前尚無針對中國容量市場的儲能電量約束及可靠性研究，但可以參考學(xué)術(shù)界對相關(guān)領(lǐng)域的討論。電量約束方面，文獻(xiàn)［6］采用儲能資源在峰荷時(shí)期的凈可用容量計(jì)算容量因子，進(jìn)而使其能夠參與單時(shí)段容量市場；文獻(xiàn)［45］提出儲能參與電能量市場時(shí)，應(yīng)申報(bào)以充放電里程為自變量的老化成本、充放電功率、荷電狀態(tài)以及連續(xù)充放電時(shí)間上限等經(jīng)濟(jì)、物理特性，并在出清模型中添加相應(yīng)約束；文獻(xiàn)［46］在容量市場出清模型中引入靈活性資源的供需約束，以使系統(tǒng)在滿足峰值負(fù)荷時(shí)期發(fā)電資源充裕性要求的同時(shí)能夠可靠應(yīng)對新能源高滲透率下系統(tǒng)對快速爬坡能力的需求，高效引導(dǎo)投資；文獻(xiàn)［47］研究了考慮用戶側(cè)儲能的DSR 最優(yōu)策略，以容量市場合同電量電價(jià)、懲罰機(jī)制為邊界條件，構(gòu)建決策儲能配置、運(yùn)營的雙層模型。可靠性方面，文獻(xiàn)［48］考慮新能源參與容量市場，設(shè)計(jì)了基于可靠性的容量市場雙層優(yōu)化模型，其中，上層模型進(jìn)行容量市場出清、下層模型計(jì)算失負(fù)荷率；文獻(xiàn)［6］提出了考慮大型電力系統(tǒng)線性化可靠性約束的容量拍賣模型；文獻(xiàn)［49］在此基礎(chǔ)上提出了考慮區(qū)域間新增傳輸線和分布式能源，包括分布式儲能在內(nèi)的容量市場出清模型。

1.4 儲能的容量費(fèi)用疏導(dǎo)

對于儲能，特別是新型儲能的容量費(fèi)用疏導(dǎo)問題，當(dāng)前開展的討論和研究并不充分。在容量費(fèi)用疏導(dǎo)機(jī)制方面，文獻(xiàn)［19］提出了考慮機(jī)組成本特性差異的多因素標(biāo)準(zhǔn)化容量補(bǔ)償測算方法和用戶側(cè)按電量或容量占比進(jìn)行容量費(fèi)用分?jǐn)偟牟町惢萘垦a(bǔ)償實(shí)施方案；文獻(xiàn)［50］認(rèn)為可以通過容量電價(jià)回收機(jī)組固定投資成本和檢修改造費(fèi)用，通過中長期備用合同回收日常維護(hù)成本，通過尖峰電價(jià)和啟停費(fèi)用補(bǔ)償回收短時(shí)備用機(jī)組的較高啟停費(fèi)用，并通過輔助服務(wù)收益回收低負(fù)荷運(yùn)行帶來的額外成本。

對于儲能的容量費(fèi)用疏導(dǎo)問題，需要考慮儲能的角色定位。作為被管制主體，一般通過輸配電價(jià)或銷售電價(jià)回收容量成本；作為獨(dú)立主體，則可通過市場定價(jià)回收［2，51］。當(dāng)前，中國抽水蓄能電站的容量成本疏導(dǎo)機(jī)制較為成熟，主要按照兩部制電價(jià)模式通過輸配電價(jià)回收。對于新型儲能的容量電價(jià)機(jī)制，文獻(xiàn)［52］借鑒抽水蓄能容量費(fèi)用疏導(dǎo)模式，提出了針對電網(wǎng)側(cè)新型儲能的容量電價(jià)+電量定價(jià)兩部制電價(jià)模式，并認(rèn)為其可通過參與容量市場和提供輔助服務(wù)的方式，由工商業(yè)用戶和可再生能源發(fā)電企業(yè)分?jǐn)側(cè)萘砍杀尽６墨I(xiàn)［51］則認(rèn)為新型儲能電站的容量電費(fèi)高于抽水蓄能，采用輸配電價(jià)疏導(dǎo)可能會造成用戶電價(jià)的大幅提升，并在考慮責(zé)權(quán)利統(tǒng)一的基礎(chǔ)上，提出了引入傳遞因子的儲能容量成本疏導(dǎo)方式。

2 儲能參與容量機(jī)制的國內(nèi)外實(shí)踐

儲能類型豐富、自身具有多種特性，如何設(shè)計(jì)可行有效的市場機(jī)制調(diào)動儲能資源參與容量市場的積極性，以及合理評估儲能資源的容量價(jià)值是各國容量市場建設(shè)面臨的共性問題。整體來看，近年來在集中式拍賣容量市場機(jī)制和可靠性期權(quán)機(jī)制中考慮儲能資源的相關(guān)建設(shè)較為成熟，中國多地也在積極探索容量機(jī)制的建設(shè)，本章對相關(guān)實(shí)踐情況進(jìn)行了調(diào)研分析。表1 對儲能參與國外容量機(jī)制的實(shí)踐情況進(jìn)行了總結(jié)。

表1 儲能參與典型容量機(jī)制建設(shè)的比較Table 1 Comparison of participation of energy storage in typical capacity mechanism construction

2.1 儲能參與集中式拍賣容量市場機(jī)制的分析

集中式拍賣容量市場是為了滿足系統(tǒng)電力可靠性設(shè)立的、以可用容量為標(biāo)的物的集中式拍賣交易市場。一般來說，集中式拍賣容量市場通常統(tǒng)一運(yùn)營，在遠(yuǎn)期組織容量拍賣，發(fā)電資源廠商通過市場競爭的方式、根據(jù)所提供資源對系統(tǒng)可靠性的貢獻(xiàn)差異化地獲得容量費(fèi)用補(bǔ)償。文獻(xiàn)［36，55］介紹了集中式拍賣容量市場機(jī)制的具體流程，主要包括容量產(chǎn)品的資格預(yù)審、需求曲線的確定、市場出清結(jié)算、容量交付及績效獎懲制度等。

在集中式拍賣容量市場中，儲能資源的標(biāo)的物是由獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商（independent system operator，ISO）根據(jù)一定標(biāo)準(zhǔn)測算的充放電容量以及儲能資源的運(yùn)行參數(shù)，如裝機(jī)容量、荷電狀態(tài)、連續(xù)充放電時(shí)間、強(qiáng)迫停機(jī)率等。除運(yùn)行參數(shù)外，儲能資源供應(yīng)商在遠(yuǎn)期參與投標(biāo)時(shí)還需提供價(jià)格投標(biāo)。在出清階段，除需滿足功率約束、輸電約束、爬坡約束等以外，儲能資源還需考慮自身荷電狀態(tài)的限制（能量約束）。儲能資源按照容量出清價(jià)格進(jìn)行結(jié)算。在交付期，ISO 會對儲能資源進(jìn)行容量測試以確保容量的可用性，并根據(jù)測試情況進(jìn)行獎懲。

目前，應(yīng)用集中式拍賣容量市場機(jī)制且運(yùn)行較為良好的地區(qū)有美國PJM（Pennsylvania，New Jersey，Maryland）、英國（愛爾蘭地區(qū)除外）、加拿大安大略?。?6］等。美國PJM 容量市場和英國容量市場機(jī)制發(fā)展相對成熟完善，附錄A 對二者進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹，本文著重選取儲能參與這兩種市場的方式進(jìn)行分析。

2.1.1 儲能參與美國PJM 容量市場建設(shè)的介紹

美國PJM 容量市場是為了保證發(fā)電容量充裕性而建立的，由1 個(gè)基本拍賣市場、3 個(gè)追加拍賣市場和1 個(gè)雙邊交易市場組成。PJM ISO 發(fā)布的容量市場拍賣手冊對PJM 容量市場的結(jié)構(gòu)和交易流程等進(jìn)行了詳細(xì)介紹［7］。整體而言，PJM 容量市場的參與主體類型多樣，市場機(jī)制相對成熟完善。在一系列助力儲能發(fā)展的政策支持下［57-59］，截至2020年，PJM 擁有的儲能總?cè)萘繛? 220 MW，其中，新 型 儲 能 資 源 約 為780 MW［2，60］。在PJM 市 場 中，儲能資源可作為獨(dú)立市場主體參與容量市場建設(shè)，其市場準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)為0.1 MW。此外，隨著市場的實(shí)踐發(fā)展，其荷電狀態(tài)約束和能量有限性等特殊性也越來越受到市場監(jiān)管者的重視。

在PJM 容量市場中，儲能資源的產(chǎn)品設(shè)計(jì)豐富多樣，主要作為DSR 資源和容量存儲資源參與容量市場。這兩種資源均可通過實(shí)體或虛擬聚合的方式參與容量市場。在PJM 容量市場中，需求側(cè)資源產(chǎn)品可分為容量性能DSR 和夏季DSR。容量性能DSR 在整個(gè)交付年可用，而夏季DSR 只需在夏季可用。在PJM 容量市場中，將參與容量市場、可以從系統(tǒng)中充放電的儲能資源稱作容量存儲資源（capacity storage resource，CSR）。CSR 根據(jù)其性能優(yōu)劣可劃分為容量性能資源（capacity performance resource，CPR）和 基 本 容 量 資 源（base capacity resource，BCR）。符合CPR 產(chǎn)品類型的儲能資源性能較為優(yōu)越，能夠持續(xù)、可預(yù)測地運(yùn)行，需保證在整個(gè)交付年期間的可用性，且能夠在PJM 確定存在緊急情況時(shí)提供能量和備用。對于BCR 產(chǎn)品，則只需保證能夠在炎熱天氣提供能量和備用。同時(shí)，對于可能無法單獨(dú)滿足CPR 產(chǎn)品運(yùn)營需求的容量資源，可作為滿足CPR 產(chǎn)品要求的聚合資源參與容量市場。

在PJM 容量市場中，儲能資源的標(biāo)的物是其充放電容量，通常用可信容量（unforced capacity，UCAP）表示，其表征了儲能資源的技術(shù)可靠性?？尚湃萘渴侵缚紤]故障停運(yùn)等因素時(shí)，由一定可靠性標(biāo)準(zhǔn)確定的容量提供者在一定時(shí)間內(nèi)可提供的有效容量。在PJM 容量市場中，儲能資源可信容量的具體計(jì)算方式為在夏季和冬季的規(guī)定時(shí)段內(nèi)每小時(shí)輸出功率的平均值。對于儲能資源參與聚合資源的情況，聚合資源的總可信容量值不超過單獨(dú)資源可信容量值的總和。近年來，PJM 容量市場也在考慮利用ELCC 評估儲能的容量價(jià)值，即在系統(tǒng)同等可靠性的情況下每增加單位儲能出力可增加的尖峰負(fù)荷量。

在市場出清階段，由于PJM 容量市場采取劃區(qū)出清的方式，儲能資源的容量通常不會集中式地提供，而是經(jīng)過位置優(yōu)化和容量優(yōu)化后分布式地提供。因此，這種方式會對儲能資源，特別是含有儲能資源的聚合資源的出清價(jià)格產(chǎn)生影響。

在PJM 容量市場中，儲能資源的結(jié)算執(zhí)行價(jià)格由區(qū)域容量出清價(jià)格決定。其可靠性費(fèi)用為中標(biāo)容量乘以區(qū)域容量出清價(jià)格，同時(shí)按用戶年峰荷水平和所在區(qū)域分?jǐn)偨o用戶。

儲能資源根據(jù)參與容量市場建設(shè)的情況受到性能評估測試制度的獎懲。性能評估是在交付年用于測試容量存儲資源在緊急條件下的性能，從而評價(jià)其實(shí)際性能與預(yù)估性能之間差距的評估測試。未能通過測試將會面臨財(cái)務(wù)懲罰，并且在下一次容量拍賣中，該供應(yīng)商可供出售的容量也會相應(yīng)降低，而表現(xiàn)超過預(yù)估則會得到獎金。

2.1.2 儲能參與英國容量市場建設(shè)的介紹

英國的容量市場是在能源低碳化改革和用電負(fù)荷增長的背景下，為確保用電可靠性、能源經(jīng)濟(jì)性和推動低碳電源發(fā)展，由政府設(shè)立的以可信容量為商品的中長期規(guī)劃市場［35，61-63］。英國儲能總?cè)萘考s為3 600 MW，新型儲能的總?cè)萘窟_(dá)到800 MW［2，60］。參與英國容量市場的儲能資源最小裝機(jī)容量閾值為1 MW［64］。

在英國電力市場中，儲能資源主要作為DSR 資源和供給側(cè)發(fā)電資源參與容量市場。同時(shí)，英國容量市場根據(jù)發(fā)電側(cè)儲能資源的最小持續(xù)放電時(shí)間，以0.5 h 為間隔將其劃分為不同的類型，其中，最低類型為0.5 h，最高類型為9.5 h 及以上。中小規(guī)模的儲能可以資源聚合的方式參與容量市場。

評估儲能資源可靠性的降級因子也由持續(xù)放電時(shí)間決定。圖1 總結(jié)了2021 年英國容量市場儲能資源的降級因子核定情況［10］。

圖1 英國容量市場儲能資源的降級因子Fig.1 De-rating factors for energy storage resources in Britain capacity market

具體而言，降級因子由技術(shù)故障參數(shù)（technical breakdown parameter，TA-PS）與 等 效 可 靠 容 量（equivalent firm capacity，EFC）決定。前者表征了抽水蓄能電站的歷史平均技術(shù)可用性；后者則是在3 h 的缺電時(shí)間期望（loss of load expection，LOLE）的基本場景（即交付年的預(yù)測電力結(jié)構(gòu)）下，各類儲能增加單位容量時(shí)對應(yīng)的完全可靠容量的增量。當(dāng)使用TA-PS 確定降級因子時(shí)，對于TA-PS 超過抽水蓄能的儲能資源，其降級因子按照抽水蓄能的TA-PS 核定；對于TA-PS 低于抽水蓄能的儲能資源，其降級因子則按照EFC 與TA-PS 的乘積確定［65］。然而，上述評估方法也存在不足之處。在實(shí)踐過程中，運(yùn)營機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)EFC 受基本場景下儲能規(guī)模及結(jié)構(gòu)的影響，導(dǎo)致儲能降級因子的評估存在一定的主觀性［10］。最小放電時(shí)間越長，則儲能資源的降級因子越高；同時(shí)，由于基本場景存在差異，同一持續(xù)放電時(shí)間的儲能資源在T-1 年的降級因子普遍高于T-4 年?；诖耍陙?，英國容量市場的監(jiān)管機(jī)構(gòu)也在積極探索評估儲能資源容量可靠性的適宜評估方法，近期正在考慮一種由市場運(yùn)營者使用時(shí)序隨機(jī)仿真模型確定的技術(shù)加權(quán)平均可用性確定持續(xù)放電時(shí)間的評估標(biāo)準(zhǔn)。技術(shù)加權(quán)平均可用性是由冬季峰荷時(shí)期電能最大出口限制額確定的平均可用性［61］。

拍賣結(jié)果方面，在英國2021 年組織的T-4 年容量市場中，儲能中標(biāo)容量占比約為5%（42.1 GW中的8.3 GW）。 同時(shí)，儲能系統(tǒng)以年平均30.59 英鎊/kW 的價(jià)格結(jié)算。電池儲能獲得了1.1 GW 的合同，抽水蓄能設(shè)施獲得了2.5 GW 的合同。不同合同期的容量拍賣中，T-4 年容量拍賣因其合同期較長、收益穩(wěn)定，在電池儲能運(yùn)營商中更受歡迎［64］。

2.2 儲能參與可靠性期權(quán)機(jī)制建設(shè)的介紹

可靠性期權(quán)機(jī)制是一種將容量補(bǔ)償與電能量市場耦合的市場模式。目前，應(yīng)用可靠性期權(quán)機(jī)制且運(yùn)行較為良好的地區(qū)主要有意大利［11-12］、愛爾蘭［13］，其與集中式拍賣容量市場的市場總體流程較為相似，主要區(qū)別體現(xiàn)在結(jié)算機(jī)制上。在可靠性期權(quán)的結(jié)算機(jī)制［22］下，買方可以在遠(yuǎn)期根據(jù)中標(biāo)的容量獲得從用戶側(cè)收取的期權(quán)費(fèi)，但在現(xiàn)貨市場中，當(dāng)行權(quán)價(jià)格高于市場參考價(jià)格時(shí)，需要向用戶返還二者的差價(jià)。文獻(xiàn)［23，26，66］對可靠性期權(quán)制度的結(jié)算原理、價(jià)格制定、市場運(yùn)營規(guī)則等進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文也在附錄B 中整理了可靠性期權(quán)機(jī)制以及該制度在意大利和愛爾蘭的實(shí)踐情況。

由于在可靠性期權(quán)機(jī)制下，電能量市場采用稀缺定價(jià)機(jī)制，因而現(xiàn)貨價(jià)格能夠較為真實(shí)地反映系統(tǒng)供需。這種耦合制度可以在保障系統(tǒng)發(fā)電容量充裕度的同時(shí)避免價(jià)格扭曲的問題，提高市場效率，保障用戶側(cè)電價(jià)穩(wěn)定，提供合理的價(jià)格信號。

在可靠性期權(quán)機(jī)制中，儲能資源的標(biāo)的物是可靠性金融期權(quán)。與英國容量市場相似，可靠性期權(quán)市場中儲能資源的可信容量也由降級因子和裝機(jī)容量確定，但受到自身市場運(yùn)營制度的影響，其可靠性是由自身評估、提交、參加拍賣的。在容量拍賣中，成功的儲能資源會按照拍賣出清結(jié)果收到期權(quán)費(fèi)，同時(shí)，需要在交付期履行其容量義務(wù)和差值返還的義務(wù)。期權(quán)費(fèi)的值等于出清量乘以出清價(jià)。在電能量市場中，儲能資源的容量義務(wù)履行受到稀缺時(shí)刻的隱式懲罰、顯式懲罰、返還容量費(fèi)、行政稀缺定價(jià)函數(shù)等規(guī)則的約束。

在2021 年的意大利容量市場拍賣中，有3.8 GW 的容量合同被授予新資產(chǎn)，其中，1.1 GW 的合同被授予新建電池儲能資源。

為進(jìn)一步梳理儲能參與的3 種容量機(jī)制的不同之處，表2 對其關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了對比。

表2 儲能參與不同容量機(jī)制關(guān)鍵環(huán)節(jié)的對比Table 2 Comparison of key links with participation of energy storage in different capacity mechanisms

2.3 儲能參與中國容量機(jī)制的實(shí)踐情況

儲能參與電力容量市場建設(shè)事關(guān)中國電力容量資源的健康有序發(fā)展和電力中長期供應(yīng)安全。本節(jié)對儲能參與中國容量機(jī)制建設(shè)的現(xiàn)狀進(jìn)行了梳理。

中國正在積極探索建設(shè)容量機(jī)制，隨著《國家發(fā)展和改革委員會關(guān)于深化燃煤發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)形成機(jī)制改革的指導(dǎo)意見》［67］的發(fā)布，已明確在燃煤機(jī)組利用小時(shí)數(shù)較低的省份可建立容量補(bǔ)償機(jī)制，容量電價(jià)和電量電價(jià)以市場化方式形成。附錄C 給出了目前中國部分省份容量機(jī)制的政策與實(shí)踐現(xiàn)狀。

雖然中國已初步開展容量機(jī)制的實(shí)踐與研究，但是聚焦儲能如何參與中國容量機(jī)制的實(shí)踐尚存大面積空白。目前，山東省明確對新型儲能示范項(xiàng)目參與電力現(xiàn)貨市場給予容量補(bǔ)償，補(bǔ)償費(fèi)用按獨(dú)立儲能月度可用容量補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的2 倍執(zhí)行［28］。新疆對并網(wǎng)的獨(dú)立儲能電站按照放電量計(jì)算容量補(bǔ)償，補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)約0.16 元/（（kW?h）?a）［68］。

角色定位上，國家已提出要推動儲能作為獨(dú)立主體參與各類電力市場。當(dāng)前，大多數(shù)省份儲能資源的市場準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)在10 MW 左右，廣東省的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)較低，為2 MW［69］。此外，隨著《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》［70］、《關(guān)于進(jìn)一步推動新型儲能參與電力市場和調(diào)度運(yùn)用的通知》［71］等政策的發(fā)布，儲能在新型電力系統(tǒng)中將呈現(xiàn)規(guī)模大、分布廣、運(yùn)營模式多樣化等特點(diǎn)，以作為DSR 資源、虛擬聚合資源、與新能源組成聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)等方式參與電力市場。

經(jīng)濟(jì)收益方面，目前獨(dú)立儲能的主要收入來源是容量租賃、輔助服務(wù)和容量電價(jià)補(bǔ)償。山東省獨(dú)立儲能電站的商業(yè)模式較為明確，收益來源主要為容量租賃費(fèi)用、電力現(xiàn)貨市場、容量電價(jià)補(bǔ)償［28，72］。

容量費(fèi)用疏導(dǎo)方面，當(dāng)前中國抽水蓄能的容量費(fèi)用疏導(dǎo)模式主要按經(jīng)營期定價(jià)法核定并周期調(diào)整，同時(shí)其容量電費(fèi)由電網(wǎng)企業(yè)支付，納入省級電網(wǎng)輸配電價(jià)回收［73］。而新型儲能電站商業(yè)化和規(guī)?；胁怀墒欤⑼晟频娜萘砍杀臼鑼?dǎo)機(jī)制迫在眉睫。新疆儲能的容量補(bǔ)償費(fèi)用由工商業(yè)用戶按照用電量按月滾動分?jǐn)偅?2］。遼寧省擬將大連液流電池儲能調(diào)峰電站的容量電價(jià)參考抽水蓄能納入省級電網(wǎng)輸配電價(jià)［74］。電力容量市場可以為儲能企業(yè)回收自身固定成本提供一條較為合理可行的路徑，如何合理分?jǐn)傂滦蛢δ茈娬镜娜萘抠M(fèi)用仍需要進(jìn)一步研究論證。

3 儲能參與中國容量市場的挑戰(zhàn)及思考

設(shè)計(jì)面向儲能的特定容量機(jī)制，需要在借鑒國內(nèi)外電力容量市場建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，充分考慮中國國情，合理規(guī)劃布局，探索具有中國特色的容量市場建設(shè)道路。對儲能參與中國容量市場建設(shè)的相關(guān)思考應(yīng)建立在對中國容量機(jī)制建設(shè)問題的充分認(rèn)識之上。因此，本文在表3 中對當(dāng)前中國容量機(jī)制設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題進(jìn)行了總結(jié)。

表3 中國容量機(jī)制設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題Table 3 Key issues of capacity mechanism design in China

針對儲能參與電力容量市場建設(shè)的問題，本章首先整理了儲能參與中國電力容量市場建設(shè)可能面臨的挑戰(zhàn)，然后結(jié)合國外容量市場的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和學(xué)術(shù)界的研究進(jìn)展，對儲能參與中國電力容量市場的機(jī)制設(shè)計(jì)提出一些思考。

3.1 儲能參與中國容量市場的挑戰(zhàn)

本節(jié)將探討在新型電力系統(tǒng)建設(shè)背景下，儲能參與中國電力容量市場建設(shè)的關(guān)鍵問題。由于儲能資源具有物理特性，需要討論儲能資源可信容量的核定方法和體系。此外，還需要討論儲能作為獨(dú)立主體參與電力容量市場建設(shè)時(shí)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、容量市場的出清模型與多市場的耦合關(guān)系，以及如何提升容量市場運(yùn)營效率等問題。

3.1.1 儲能資源可信容量核定方法和體系的要求

儲能資源可信容量核定是其參與容量市場建設(shè)的重要一環(huán)，也是各國容量市場建設(shè)關(guān)鍵的共性問題。未來，中國新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建也必將對儲能資源的可信容量核定提出新要求。一方面，需要考慮在未來多樣化負(fù)荷場景下，不同類型儲能裝置可靠性容量的評估方法問題；另一方面，儲能資源種類豐富、參與容量市場建設(shè)的方式多樣，需要充分考慮不同儲能資源的物理特性，制定合理、可信賴的容量評估標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)前，世界各國儲能資源的可信容量測算基本都基于持續(xù)充放電時(shí)長，采用等效容量、歷史數(shù)據(jù)加權(quán)平均、峰荷時(shí)段可用性、容量資源季節(jié)性匹配或分時(shí)段容量系數(shù)等方式進(jìn)行評估，但這并不能完全匹配儲能在尖峰負(fù)荷時(shí)段的出力情況。近年來，部分國家和地區(qū)在探索ELCC 模式，但這種模式也存在著技術(shù)難度大，需要內(nèi)嵌仿真程序等問題［2］。同時(shí)，現(xiàn)有的新能源發(fā)電容量可信度研究多采用單電源、單時(shí)間尺度，缺乏對于包含新能源與儲能資源組成聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)、多電源分布式的虛擬聚合資源、具有時(shí)間特殊性的儲能資源、儲能資源作負(fù)荷時(shí)的可信容量核定研究，難以支撐未來包含儲能資源參與的電力容量市場的新需求。

3.1.2 電力容量交易運(yùn)營能力的要求

容量市場運(yùn)營與電力系統(tǒng)規(guī)劃密切相關(guān)，將在滿足發(fā)電資源的充裕性、電網(wǎng)運(yùn)營的可靠性與經(jīng)濟(jì)性方面扮演重要角色。在“雙碳”目標(biāo)下，儲能等多類型市場主體的參與必然會對容量市場交易運(yùn)營能力提出更高要求。

首先，容量市場出清模型的建立需要考慮未來新型電力系統(tǒng)多電源、多主體、多時(shí)段的特點(diǎn)。一方面，隨著儲能技術(shù)的發(fā)展和可再生能源滲透率的提高，加上中國各地區(qū)電源結(jié)構(gòu)、負(fù)荷結(jié)構(gòu)不同，需要建立靈活合理的容量市場出清模型；另一方面，當(dāng)前電力容量市場出清機(jī)制多基于單時(shí)段，而儲能資源具有物理特性，其出力調(diào)度可行性受荷電狀態(tài)、充放電速率等多維度因素的影響，各時(shí)段在功率平衡約束下獨(dú)立求解的出清模型難以滿足未來新型電力系統(tǒng)的需求。

其次，在“雙碳”目標(biāo)下，中國正面臨能源的轉(zhuǎn)型升級，需要對多市場耦合的運(yùn)行模式進(jìn)行統(tǒng)籌考慮。然而，當(dāng)前單一市場獨(dú)立運(yùn)行，基于單市場的出清機(jī)制難以滿足對支持多市場耦合模式的容量市場出清模型的要求。

一般來說，容量市場的效率較低。一是其出清頻率較低，每年出清一次；二是相比于按年分?jǐn)偟娜萘抠M(fèi)用疏導(dǎo)模式，基于邊際成本的定價(jià)方式有可能導(dǎo)致成本回收的不充分性；三是容量市場對某些類型機(jī)組的準(zhǔn)入限制較高。這些都會導(dǎo)致市場主體參與容量市場的積極性不高，從而破壞容量市場競爭性的市場條件，使得容量市場運(yùn)營效果低于預(yù)期。在市場準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)方面，盡管近年來中國正在逐步降低儲能資源的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，但與英國的1 MW、美國的0.1 MW 相比仍存在較大差距。另外，新型電力系統(tǒng)具有清潔低碳、靈活高效、開放互動等特征，儲能資源將會以多樣靈活的形式參與容量市場，而當(dāng)前中國的容量機(jī)制建設(shè)尚未考慮上述因素，學(xué)術(shù)界的討論也相對有限。隨著儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和儲能技術(shù)的進(jìn)步，中國電力容量市場的建設(shè)需要各類儲能資源的積極參與。

3.2 對儲能參與中國電力容量市場建設(shè)的思考

對于儲能參與中國電力容量市場的機(jī)制設(shè)計(jì)問題，需要考慮國外建設(shè)經(jīng)驗(yàn)與中國國情的適配性，綜合考慮中國電力市場發(fā)展實(shí)際統(tǒng)籌規(guī)劃、改革創(chuàng)新。因此，本節(jié)結(jié)合中國新型電力系統(tǒng)的建設(shè)背景和國內(nèi)外的實(shí)踐及研究狀況，提出如下思考:

1）對于儲能在容量市場中的補(bǔ)償次序問題，考慮到建設(shè)容量市場是為了解決供電可靠性的問題，拓展可靠供電企業(yè)的利潤空間、幫助老舊化石能源機(jī)組退出市場、高效引導(dǎo)投資，而新能源機(jī)組出力的不確定性大、容量效應(yīng)小，在許多容量機(jī)制較為成熟的國家和地區(qū)對新能源機(jī)組不進(jìn)行補(bǔ)償，或與火電機(jī)組相比進(jìn)行較少量的補(bǔ)償。因此，本文認(rèn)為中國在建設(shè)容量市場時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮對傳統(tǒng)火電機(jī)組和儲能裝置進(jìn)行補(bǔ)償，初期可只面向這兩種供電可靠性較高的資源，再逐步擴(kuò)大容量市場的參與范圍，吸納DSR 等多類型主體的參與。圖2 展示了本文對考慮儲能資源參與中國電力容量市場建設(shè)的相關(guān)思考。

圖2 考慮儲能資源的中國電力容量市場建設(shè)構(gòu)架Fig.2 Construction framework of China’s power capacity market considering energy storage resources

2）研究儲能參與容量市場合理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，滿足容量市場建設(shè)對于可靠性和公平競爭的要求。在儲能資源的可信容量測算方面，中國可在初期采用歷史數(shù)據(jù)加權(quán)平均等較為粗放的方式，并探索采用ELCC 模式的可能性；可根據(jù)其負(fù)荷削減指定值、裝機(jī)備用裕度、強(qiáng)迫停運(yùn)率等因素確定儲能資源作為負(fù)荷時(shí)的容量價(jià)值。同時(shí)，可以將跨區(qū)輸電的可靠性損失納入考量范疇，對于資產(chǎn)組合的類型，可以參照PJM 容量市場的做法，設(shè)置組合資源總可信容量不高于單獨(dú)資源可信容量的總和。另外，由于中國容量市場建設(shè)起步較晚且不同地區(qū)電力市場的發(fā)展情況存在差異，可采用設(shè)立試點(diǎn)等方式，探索適合中國國情的儲能容量測算方式。

3）在容量市場機(jī)制設(shè)計(jì)方面，可以設(shè)計(jì)儲能資源多樣化的容量產(chǎn)品，并細(xì)化容量市場類別。一方面，產(chǎn)品設(shè)計(jì)多樣化是調(diào)動各類儲能資源參與容量市場積極性、保證容量市場良好運(yùn)行的重要手段?？紤]到系統(tǒng)可能出現(xiàn)的緊急情況和激勵(lì)儲能資源提高自身技術(shù)水平的需要，可以對部分性能優(yōu)良、持續(xù)可預(yù)測的儲能資源提高容量費(fèi)用補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，在設(shè)立以年為單位的容量市場后，可結(jié)合中國國情探索多時(shí)間尺度的容量市場。對于部分季節(jié)性儲能資源（如抽水蓄能、氫儲能等）僅在某些月份具有容量特性，若以年為單位進(jìn)行容量補(bǔ)償，則根據(jù)容量市場的出清規(guī)則，只能對全年負(fù)荷峰值時(shí)的容量進(jìn)行補(bǔ)償，但有可能受到季節(jié)的影響，導(dǎo)致容量補(bǔ)償較少。事實(shí)上，這些季節(jié)性儲能資源可能在部分月份的可用度極高，對系統(tǒng)的容量支撐作用很大，理應(yīng)予以補(bǔ)償。因此，直接設(shè)立年容量市場的做法可能造成對部分儲能資源補(bǔ)償?shù)牟怀浞中院筒缓侠硇?；而對月、星期等更短時(shí)間尺度的容量市場，可以使得更多類型的儲能資源從容量市場中獲得充分、合理的補(bǔ)償。再者，考慮到儲能資源的負(fù)荷側(cè)容量特性，未來中國建設(shè)容量市場時(shí)需要設(shè)計(jì)儲能資源的DSR產(chǎn)品，從不同層面發(fā)揮儲能資源的容量特性，促進(jìn)資源的優(yōu)化配置。另外，考慮到儲能資源的區(qū)域價(jià)值，可以幫助分布式儲能資源以虛擬聚合資源的方式參與容量市場，并研究相關(guān)的交易、結(jié)算細(xì)則。

4）中國在建立容量出清模型時(shí)，需要充分考慮儲能資源的物理特性，建立多時(shí)段混合、多主體參與的容量市場出清模型。儲能資源受其自身能量有限性的影響，在出力調(diào)度時(shí)必須考慮其荷電狀態(tài)的約束，因而在建立出清模型時(shí)需要考慮多時(shí)段的耦合關(guān)系。此外，除了作為電源，儲能還可以作為負(fù)荷參與容量的DSR 管理，在建立容量市場出清模型時(shí)有必要考慮其作為負(fù)荷時(shí)的容量特性。

5）深入研究考慮儲能資源容量特性的多市場耦合出清機(jī)制。在未來中長期市場與現(xiàn)貨市場協(xié)調(diào)運(yùn)行的背景下，可以考慮儲能的容量效應(yīng)，研究儲能資源參與現(xiàn)貨市場和容量市場的耦合市場機(jī)制和金融衍生品機(jī)制。此外，可以探索金融儲能權(quán)［9］與容量市場的耦合關(guān)系，利用儲能資源緩解輸電線路阻塞問題和發(fā)揮容量支持作用的協(xié)調(diào)關(guān)系。

6）明確儲能參與電力容量市場的獨(dú)立主體地位，因地制宜地降低儲能資源的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)。在國家已提出要推動儲能作為獨(dú)立主體參與各類電力市場的基礎(chǔ)上，宜盡早明確其參與電力容量市場的獨(dú)立主體地位，優(yōu)化資源配置，提高儲能資源主體的參與積極性。此外，建議考慮降低儲能參與電力容量市場建設(shè)的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)、培育分布式資源聚合商，并建立健全配套政策、出清算法等，使得更多小規(guī)模儲能能夠從容量市場建設(shè)中獲益，并為競爭性容量市場的建設(shè)添磚加瓦。

4 結(jié)語

在中國構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的背景下，為促進(jìn)儲能資源主體參與中國電力容量市場建設(shè)，本文首先從學(xué)術(shù)研究和實(shí)踐的角度出發(fā)，著眼于儲能如何參與中國容量市場建設(shè)的問題，梳理了國內(nèi)外容量市場的相關(guān)研究和實(shí)踐現(xiàn)狀，對比了其參與典型容量機(jī)制的差異?？偨Y(jié)了中國容量機(jī)制設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題，全面介紹了當(dāng)前儲能參與中國容量機(jī)制建設(shè)的狀況。進(jìn)而，結(jié)合中國容量機(jī)制建設(shè)的關(guān)鍵問題，探討了儲能資源參與中國容量機(jī)制建設(shè)面臨的風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)，并從儲能資源的補(bǔ)償次序、可信容量評估、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、框架設(shè)計(jì)、計(jì)及儲能資源的容量市場模型修正等方面提出了相關(guān)思考。

未來研究可深入探討儲能資源參與容量機(jī)制建設(shè)的成本疏導(dǎo)問題，特別是當(dāng)前容量補(bǔ)償階段的容量電價(jià)疏導(dǎo)問題亟待解決。此外，可以探究儲能參與容量市場的多時(shí)段出清模型設(shè)計(jì)、儲能與其他電源聯(lián)調(diào)時(shí)的可靠性容量評估等問題，并可以在本文研究的基礎(chǔ)上探索多市場耦合運(yùn)行的可能機(jī)制。

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