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美國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能發(fā)展較快、電力市場(chǎng)建設(shè)較為成熟，儲(chǔ)能在電網(wǎng)中應(yīng)用的市場(chǎng)機(jī)制也先于我國(guó)進(jìn)行探索與完善。本文分析了美國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能在電網(wǎng)中應(yīng)用的市場(chǎng)機(jī)制發(fā)展歷程，重點(diǎn)介紹了儲(chǔ)能參與調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)的情況，希望能夠?yàn)槲覈?guó)儲(chǔ)能在電網(wǎng)中應(yīng)用的市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)提供參考。


1、美國(guó)儲(chǔ)能應(yīng)用市場(chǎng)機(jī)制發(fā)展歷程

2007年以來(lái)，為推廣儲(chǔ)能應(yīng)用、提升電網(wǎng)可靠性和運(yùn)行效率、減少新建電廠投資以及促進(jìn)新能源發(fā)展，美國(guó)聯(lián)邦能源管理委員會(huì)（FERC）陸續(xù)頒布法令推動(dòng)新能源參與市場(chǎng)。其中，890號(hào)法令（2007年）和719號(hào)法令（2008年）要求各區(qū)域電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)（ISOs/RTOs）修訂市場(chǎng)規(guī)則，允許儲(chǔ)能進(jìn)入電能批發(fā)市場(chǎng)；755號(hào)（2011年）、784號(hào)（2013年）和792號(hào)法令（2013年）強(qiáng)調(diào)各區(qū)域市場(chǎng)應(yīng)允許儲(chǔ)能參與調(diào)頻服務(wù)和其他輔助服務(wù)市場(chǎng)并獲得合理收益。

2018年2月，美國(guó)發(fā)布841號(hào)法令再次要求各電力市場(chǎng)研究制定儲(chǔ)能公平參與電力市場(chǎng)的相關(guān)規(guī)則，允許100kW以上的小型儲(chǔ)能資源獨(dú)立參與各類(lèi)電力市場(chǎng)（電能市場(chǎng)、輔助服務(wù)和容量市場(chǎng)）。841號(hào)法令提出13個(gè)儲(chǔ)能資源的物理運(yùn)行特性，包括與充電狀態(tài)、充電時(shí)間、充電/放電限制、運(yùn)行時(shí)間、充電/放電爬坡率等相關(guān)的特性，要求在市場(chǎng)規(guī)則設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮儲(chǔ)能運(yùn)行特性。

調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)是美國(guó)儲(chǔ)能在電網(wǎng)中應(yīng)用的最大市場(chǎng)。盡管841號(hào)法令要求各電力市場(chǎng)允許儲(chǔ)能參與電能批發(fā)市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)以及容量市場(chǎng)，但目前大部分市場(chǎng)中儲(chǔ)能尚未正式參與電能批發(fā)市場(chǎng)，調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)仍是美國(guó)儲(chǔ)能在電網(wǎng)中應(yīng)用的最大市場(chǎng)。2018年，美國(guó)76%的電化學(xué)儲(chǔ)能參與電力調(diào)頻輔助服務(wù)。


2、儲(chǔ)能參與調(diào)頻市場(chǎng)機(jī)制

（1）美國(guó)調(diào)頻市場(chǎng)特點(diǎn)分析

目前，美國(guó)賓夕法尼亞—新澤西—馬里蘭州（PJM）、加利福尼亞州（CAISO）、德克薩斯州（ERCOT）、中西部（MISO）、新英格蘭（ISO-NE）區(qū)域電力市場(chǎng)中均允許儲(chǔ)能參與調(diào)頻輔助服務(wù)。以PJM、CAISO、ERCOT市場(chǎng)為例對(duì)比分析調(diào)頻市場(chǎng)特點(diǎn)。

在調(diào)頻標(biāo)的方面，PJM和CAISO均同時(shí)考慮調(diào)頻容量和調(diào)頻里程，但兩者在里程定價(jià)和機(jī)會(huì)成本計(jì)算方法方面有所差別，ERCOT由于不受FERC監(jiān)管，僅考慮單一的調(diào)頻容量?jī)r(jià)格，沒(méi)有設(shè)置里程價(jià)格。在調(diào)頻方向上，PJM不區(qū)分向上調(diào)頻和向下調(diào)頻，CAISO以及ERCOT區(qū)分向上調(diào)頻和向下調(diào)頻。

在電能與調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)出清關(guān)系方面，PJM、CAISO和ERCOT均采用電能量和輔助服務(wù)聯(lián)合優(yōu)化出清方式。

在交易和結(jié)算方式方面，PJM采用日前報(bào)價(jià)預(yù)出清、時(shí)前出清確定容量、實(shí)時(shí)出清確定價(jià)格和里程的方式，按照實(shí)時(shí)出清價(jià)格結(jié)算；CAISO日前確定出清價(jià)格和調(diào)頻容量，調(diào)頻里程按照實(shí)際調(diào)用里程結(jié)算；ERCOT采用日前確定出清價(jià)格、按照實(shí)際調(diào)用情況結(jié)算。


（2）儲(chǔ)能參與調(diào)頻市場(chǎng)情況

在各區(qū)域調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)中，PJM調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)啟動(dòng)較早、市場(chǎng)規(guī)則也歷經(jīng)調(diào)整，因此選取PJM市場(chǎng)分析儲(chǔ)能參與調(diào)頻市場(chǎng)情況。

2012年，依據(jù)755號(hào)法令要求，PJM對(duì)調(diào)頻市場(chǎng)進(jìn)行完善，將調(diào)頻資源根據(jù)調(diào)頻性能及其市場(chǎng)選擇分為A類(lèi)資源和D類(lèi)資源，分別響應(yīng)較慢調(diào)頻指令以及快速響應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)頻指令，儲(chǔ)能因其響應(yīng)速度較快一般作為D類(lèi)調(diào)頻資源參與市場(chǎng)。得益于這一市場(chǎng)規(guī)則充分考慮了快速調(diào)頻資源特性，PJM調(diào)頻市場(chǎng)中儲(chǔ)能收益顯著提升。下圖為PJM市場(chǎng)規(guī)則改進(jìn)3年以來(lái)儲(chǔ)能收益與其他地區(qū)儲(chǔ)能收益的對(duì)比情況，可以看出，PJM調(diào)頻市場(chǎng)中儲(chǔ)能平均收益明顯高于其他地區(qū)。


注：SERC、WECC、FRCC為北美可靠性管理委員會(huì)下屬的區(qū)域可靠性委員會(huì)管轄的垂直一體化地區(qū)，儲(chǔ)能調(diào)頻收益基于固定價(jià)格確定，CAISO、PJM和NYISO為放開(kāi)管制的電力市場(chǎng)，儲(chǔ)能收益基于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制確定。

在市場(chǎng)收益驅(qū)動(dòng)下，大規(guī)模儲(chǔ)能積極參與PJM快速調(diào)頻。下圖展示了某年P(guān)JM調(diào)頻市場(chǎng)總A類(lèi)和D類(lèi)調(diào)頻資源容量及比例?？梢钥吹?，參與PJM調(diào)頻市場(chǎng)的電化學(xué)儲(chǔ)能占快速響應(yīng)資源的26%。


隨著儲(chǔ)能調(diào)頻容量增長(zhǎng)，也暴露出一些問(wèn)題。儲(chǔ)能作為D類(lèi)調(diào)頻資源，響應(yīng)速度快，但持續(xù)提供調(diào)頻服務(wù)的時(shí)間有限制；傳統(tǒng)A類(lèi)調(diào)頻資源響應(yīng)速度慢，但在持續(xù)調(diào)頻時(shí)間幾乎無(wú)限制。由于電池儲(chǔ)能存在持續(xù)充/放電時(shí)間，如果參與快速調(diào)頻時(shí)充/放電耗盡，則可能反向放電/充電，給系統(tǒng)增加調(diào)頻負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致PJM向A類(lèi)調(diào)頻資源支付更多調(diào)頻費(fèi)用。因此，雖然儲(chǔ)能參與調(diào)頻市場(chǎng)可改善電網(wǎng)頻率性能指標(biāo)，但存在一定的最優(yōu)容量上限，即系統(tǒng)中存在A類(lèi)資源和D類(lèi)資源的最優(yōu)容量比例。PJM也在研究進(jìn)一步完善相應(yīng)的市場(chǎng)機(jī)制。

3、小結(jié)

從美國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能參與市場(chǎng)的歷程來(lái)看，美國(guó)推動(dòng)儲(chǔ)能參與市場(chǎng)的相關(guān)法令中，首要明確了給予儲(chǔ)能市場(chǎng)準(zhǔn)入和定位，作為合理設(shè)計(jì)市場(chǎng)機(jī)制的基礎(chǔ)。盡管聯(lián)邦政府出臺(tái)了頂層要求，但不同區(qū)域市場(chǎng)根據(jù)自身市場(chǎng)情況形成了各自市場(chǎng)規(guī)則，在調(diào)頻標(biāo)的、交易和結(jié)算方式等方面各特點(diǎn)。此外，市場(chǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)本著遵循系統(tǒng)需求體現(xiàn)不同類(lèi)型資源的運(yùn)行特性、促進(jìn)各類(lèi)調(diào)節(jié)資源共同競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)行，進(jìn)而發(fā)揮各類(lèi)資源調(diào)節(jié)性能與積極性。 

原標(biāo)題：美國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能在電網(wǎng)中應(yīng)用的市場(chǎng)機(jī)制