2020年9月,美國(guó)聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)(FERC)批準(zhǔn)了2222號(hào)令,允許分布式能源(DER)聚合商在區(qū)域性批發(fā)電力市場(chǎng)中參與競(jìng)爭(zhēng)。最終規(guī)則規(guī)定,獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(ISO)和區(qū)域輸電組織(RTO)必須修改其費(fèi)率,從而將DER聚合商確立為市場(chǎng)參與者。
對(duì)于美國(guó)最大的區(qū)域輸電組織PJM來(lái)說(shuō),該政策的發(fā)布影響廣泛而深刻。PJM服務(wù)著13個(gè)州和華盛頓特區(qū)的6500萬(wàn)人口,截至2021年底,其域內(nèi)總發(fā)電裝機(jī)約185GW,其中分布式能源(DER)裝機(jī)約為13GW。
這不到十分之一的裝機(jī)容量有助于提高電網(wǎng)的靈活性及彈性。而被許可進(jìn)入批發(fā)市場(chǎng)則意味著,分布式能源在有組織的容量、能量和輔助服務(wù)市場(chǎng)中公平競(jìng)爭(zhēng),以電價(jià)為信號(hào)體現(xiàn)系統(tǒng)的供需關(guān)系,有助于降低消費(fèi)者成本。
前述研討會(huì)上,來(lái)自美國(guó)、中國(guó)、歐洲三地的電力從業(yè)者們最關(guān)注的問(wèn)題莫過(guò)于三點(diǎn),為何政府及企業(yè)都力推DER聚合商進(jìn)入批發(fā)市場(chǎng)?DER聚合商進(jìn)入批發(fā)市場(chǎng)有哪些難點(diǎn)?PJM如何運(yùn)營(yíng)管理DER聚合商?
打破分布式能源準(zhǔn)入壁壘
從定義看,DER是指小規(guī)模的發(fā)電及儲(chǔ)能技術(shù)(通常從1kW到10000kW),可替代或加強(qiáng)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)。它們存在于電力公用事業(yè)公司的配電系統(tǒng)之中,可以作為配電系統(tǒng)的子系統(tǒng),也可以在用戶側(cè),通常包括儲(chǔ)能、可再生發(fā)電、分布式發(fā)電(含燃?xì)猓⑿枨箜憫?yīng)、能效項(xiàng)目、蓄熱、電動(dòng)汽車及其充電設(shè)備。
DER聚合商則是將各類分布式資源聚合起來(lái),作為新型市場(chǎng)參與者運(yùn)營(yíng)虛擬電廠,向電網(wǎng)提供服務(wù)。
來(lái)源:PJM官網(wǎng)
在美國(guó),DER正在深入各類電力用戶,F(xiàn)ERC主席 Neil Chatterjee曾指出, 美國(guó)電網(wǎng)的DER將在未來(lái)四年內(nèi),由現(xiàn)在的65GW增加至380GW。相比傳統(tǒng)的集中式發(fā)電,這種小規(guī)模、分布式發(fā)電開(kāi)發(fā)“更加便利”。FERC通過(guò)的2222號(hào)令明確指出,在市場(chǎng)需要的地方以及電價(jià)高、功率缺額大的節(jié)點(diǎn),建設(shè)分布式能源可能比新建傳統(tǒng)的集中式發(fā)電更有效率,在這些地方發(fā)展新能源是符合市場(chǎng)規(guī)律的,同時(shí)還能緩解電力調(diào)度的阻塞問(wèn)題。
除建設(shè)成本相對(duì)較低,DER也“更加靈活”。Neil Chatterjee表示,由于使用逆變器和軟件控制,DER能夠“具備多種功能”并在“不同的電網(wǎng)需求下發(fā)揮不同作用”。在美國(guó)不同的公用事業(yè)試點(diǎn)項(xiàng)目中,電池、電動(dòng)汽車充電及其他快速反應(yīng)的資源已被證明,DER具有調(diào)節(jié)電網(wǎng)頻率和提供容量的能力。
隨著DER主體數(shù)量的增加和總?cè)萘康臄U(kuò)大,美國(guó)開(kāi)始嘗試賦予DER聚合商市場(chǎng)主體地位。
實(shí)際上,在2222號(hào)令頒布前,分布式能源就參與了能源批發(fā)市場(chǎng)。但由于其僅能以傳統(tǒng)的需求響應(yīng)形式競(jìng)價(jià),市場(chǎng)參與主體及規(guī)模非常有限。新的法令則在FERC 841號(hào)令基礎(chǔ)之上,消除了DER和用戶側(cè)儲(chǔ)能參與電力批發(fā)市場(chǎng)的障礙。
重要的是,新規(guī)允許聚合商聚集多種DER以滿足它們可能無(wú)法單獨(dú)達(dá)到最小容量(100kW)和性能的要求,并在技術(shù)上可行的情況下,盡可能地?cái)U(kuò)大資源聚合的地理范圍。也就是說(shuō),DER通過(guò)范圍更廣地聚合,有機(jī)會(huì)參與能量、容量及輔助服務(wù)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),通過(guò)投標(biāo)反映市場(chǎng)參與意愿,并按照節(jié)點(diǎn)電價(jià)結(jié)算交易。這有助于DER在各個(gè)細(xì)分市場(chǎng)中完成自身價(jià)值的實(shí)現(xiàn)與成本回收。
各州的監(jiān)管機(jī)構(gòu)也需要重新制定規(guī)則,以避免DER在公用事業(yè)零售市場(chǎng)和批發(fā)市場(chǎng)中同時(shí)獲利,引發(fā)市場(chǎng)價(jià)格扭曲。
對(duì)美國(guó)獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(ISO)及區(qū)域輸電組織(RTO)來(lái)說(shuō),把DER列為市場(chǎng)參與者,將在更大程度上增加市場(chǎng)主體數(shù)量,增強(qiáng)能量、容量和輔助服務(wù)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)性,實(shí)現(xiàn)更大范圍內(nèi)更優(yōu)的資源配置。作為運(yùn)營(yíng)管理輸電網(wǎng)的ISO和RTO也將更加了解用戶側(cè)的DER。
挑戰(zhàn):配網(wǎng)整合與可靠性保障
統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的運(yùn)行流程以及聚合的可靠性是DER聚合大范圍開(kāi)發(fā)利用、進(jìn)入市場(chǎng)的重要前提。為保障DER聚合商進(jìn)入市場(chǎng)后的可靠運(yùn)營(yíng),能源監(jiān)管機(jī)構(gòu)制定了相應(yīng)的監(jiān)管準(zhǔn)則。
在美國(guó),輸電系統(tǒng)和批發(fā)市場(chǎng)由聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)管理,但配電系統(tǒng)和零售市場(chǎng)由州監(jiān)管機(jī)構(gòu)管理,而由于DER通常連接在配電系統(tǒng),因此DER聚合商進(jìn)入批發(fā)市場(chǎng)意味著,聯(lián)邦監(jiān)管機(jī)構(gòu)和各州的監(jiān)管機(jī)構(gòu)需要在規(guī)則制定方面密切協(xié)調(diào)。
作為批發(fā)市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商的ISO和RTO則需要配合聯(lián)邦和各州層級(jí)的監(jiān)管機(jī)構(gòu),在運(yùn)行調(diào)度批發(fā)市場(chǎng)的同時(shí),協(xié)調(diào)配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商及零售市場(chǎng)的管理。
以PJM市場(chǎng)為例,各機(jī)構(gòu)間的協(xié)調(diào)對(duì)該市場(chǎng)來(lái)說(shuō)尤其困難,因?yàn)槠湫枰獏f(xié)調(diào)14個(gè)州的能源管理機(jī)構(gòu)。
據(jù)PJM高級(jí)商務(wù)解決方案經(jīng)理Scott Baker介紹,作為交易—調(diào)度一體化的PJM需要在包括聚合商注冊(cè)登記、配電公用事業(yè)公司協(xié)作、聚合商資源調(diào)整以及配合州監(jiān)管機(jī)構(gòu)等四個(gè)方面進(jìn)行協(xié)調(diào)。
在注冊(cè)準(zhǔn)入層面,由于分布式能源對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行和可靠性有重大影響,因此2222號(hào)令明確規(guī)定,各州監(jiān)管機(jī)構(gòu)和配電公用事業(yè)公司具有審查DER接入(互連)的權(quán)力。
在交易調(diào)度層面,配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的角色也極為重要。在聚合商參與批準(zhǔn)市場(chǎng)前,配電公用事業(yè)公司有權(quán)審批聚合資源的可調(diào)度范圍。如不能保證配電系統(tǒng)正??煽窟\(yùn)行,配電公用事業(yè)公司可拒絕(或要求聚合商修改)聚合資源的調(diào)度范圍。
例如,在PJM的日前市場(chǎng),配電公用事業(yè)公司和聚合商需在提交日前報(bào)價(jià)前,協(xié)調(diào)商定聚合商每小時(shí)可向該市場(chǎng)提供的調(diào)度范圍。在實(shí)時(shí)市場(chǎng),出于可靠性考慮,只要是配電公用事業(yè)公司認(rèn)為的必要操作,聚合商都應(yīng)配合執(zhí)行,配電公用事業(yè)公司將在事后就可靠性問(wèn)題提供解釋。在市場(chǎng)出清時(shí),由于交易結(jié)算需要配網(wǎng)側(cè)的數(shù)據(jù)傳輸與計(jì)量數(shù)據(jù),因此PJM也需要與配電公用事業(yè)公司進(jìn)行結(jié)算協(xié)調(diào)。
在調(diào)度過(guò)程中,PJM作為調(diào)度中心根據(jù)機(jī)組報(bào)價(jià)和超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)進(jìn)行實(shí)時(shí)安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度。如果存在任何安全約束,配電公用事業(yè)公司將匯總這些約束條件,實(shí)時(shí)告知市場(chǎng)主體。Scott Baker表示,PJM希望當(dāng)實(shí)時(shí)市場(chǎng)出現(xiàn)可靠性問(wèn)題時(shí),配電公用事業(yè)公司可采取如限制DER聚合出力等措施,降低可靠性風(fēng)險(xiǎn)。
“配電公用事業(yè)公司需要直接與聚合商協(xié)調(diào)才能做到這一點(diǎn)。我們也會(huì)要求配電公用事業(yè)公司提供一些解釋,說(shuō)明為什么在實(shí)時(shí)市場(chǎng)減少聚合出力,作為留存參考。因此,對(duì)于聚合商而言,其必須確保按時(shí)將資源集中在一起,否則就可能面臨處罰。”Baker指出。
分層分類參與PJM批發(fā)市場(chǎng)
從規(guī)模來(lái)看,目前參與PJM批發(fā)市場(chǎng)的DER裝機(jī)容量并不算大。截至目前,在PJM市場(chǎng)13GW的DER裝機(jī)中,有近3GW的裝機(jī)已參與批發(fā)市場(chǎng),其中包括1GW的用戶側(cè)聚合,以需求響應(yīng)的形式參與批發(fā)市場(chǎng);以及約2GW的發(fā)電和電網(wǎng)側(cè)(表前)聚合,大部分以分布式廣泛發(fā)電的形式參與批發(fā)市場(chǎng)。
據(jù)Baker介紹,參與PJM批發(fā)市場(chǎng)的單個(gè)DER資源不能超過(guò)5MW,但對(duì)于整體聚合規(guī)模的大小沒(méi)有限制??紤]到能量市場(chǎng)、容量市場(chǎng)以及輔助服務(wù)市場(chǎng)的特性,三類市場(chǎng)對(duì)聚合資源所調(diào)度的地理范圍和定價(jià)方式進(jìn)行了分級(jí)。
從市場(chǎng)類型來(lái)看,能量市場(chǎng)定價(jià)為節(jié)點(diǎn)級(jí)別,容量市場(chǎng)定價(jià)為區(qū)域級(jí)別,輔助服務(wù)的定價(jià)則比容量市場(chǎng)更廣泛。
在能量市場(chǎng), 由于PJM 是節(jié)點(diǎn)電力市場(chǎng),系統(tǒng)電價(jià)是按最低邊際成本出清,為了定價(jià)的透明度和準(zhǔn)確性,并確保市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商可以在節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上控制系統(tǒng),因此,參與能量市場(chǎng)的每個(gè)聚合資源需要共享一個(gè)主傳輸負(fù)荷總線。截至目前,PJM 域內(nèi)擁有約10000個(gè)負(fù)荷總線。
在容量市場(chǎng),PJM引入的是交割年前三年“基礎(chǔ)容量拍賣(mài)”(BRA)。比如,2022年的BRA購(gòu)買(mǎi)2025/26年的容量。這種三年遠(yuǎn)期的容量市場(chǎng)屬于區(qū)域性市場(chǎng)。該市場(chǎng)按區(qū)域定價(jià)并在區(qū)域基礎(chǔ)上建模。也就是說(shuō),參與容量市場(chǎng)的單個(gè)聚合資源還可整合其他聚合資源,形成更大容量的聚合資源參與競(jìng)價(jià),在單個(gè)區(qū)域中提供容量服務(wù)。因此,PJM容量市場(chǎng)的聚合形式也被稱為“多節(jié)點(diǎn)聚合”。
在輔助服務(wù)市場(chǎng),DER聚合商通常提供10或30分鐘的調(diào)頻、旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用等輔助服務(wù)。相比容量市場(chǎng),輔助服務(wù)市場(chǎng)的調(diào)度和定價(jià)更靈活。雖然PJM允許多節(jié)點(diǎn)聚合,但為確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行,PJM依然限定了調(diào)度范圍,要求DER聚合商必須要在同一配電網(wǎng)范圍內(nèi),才可進(jìn)行更廣泛的聚合。
“坦率地說(shuō),2222號(hào)令為DER資源參與市場(chǎng)奠定了基礎(chǔ)。我們看到一些市場(chǎng)指標(biāo)表明,未來(lái)DER的增長(zhǎng)很可能會(huì)是爆發(fā)性的,特別是電動(dòng)汽車正在迅速增長(zhǎng)。目前,PJM市場(chǎng)DER聚合的電價(jià)政策已更多地考慮了市場(chǎng)本身的情況,但交易規(guī)則仍有待進(jìn)一步完善,交易規(guī)模也有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。” Baker表示。
注:國(guó)際特大電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商組織(GO15)成立于2009年,目前有17家成員單位,旨在為世界各國(guó)的電網(wǎng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)提供一個(gè)管理和技術(shù)交流平臺(tái),致力于推動(dòng)成員間先進(jìn)管理和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的共享,共同商討應(yīng)對(duì)能源發(fā)展問(wèn)題的解決方案,是全球電力企業(yè)合作關(guān)系最緊密的電網(wǎng)組織之一。南方電網(wǎng)是GO15的成員單位之一。
原標(biāo)題:分布式能源聚合商如何參與PJM市場(chǎng)