深度文章 | 储能参与电力市场机制：现状与展望

摘要

储能可有效解决高比例可再生能源引致的电网调节能力不足、频率稳定难度上升等问题。在电力市场化改革的大背景下，建立完善的市场机制并将储能纳入其中，对激励储能发展具有重要意义。与传统的发电侧、负荷侧资源不同，储能具有能量有限、快速响应等物理特性，其参与市场交易的机制也应有其特殊性。为此，首先综述了国内外在储能参与市场的价值分析、框架体系与交易机制方面的研究；关注美国、英国、澳大利亚的业界实践，着重介绍在美国联邦能源监管委员会841法案下，各独立系统运营商为适应储能物理特性，在能量市场、辅助服务市场、容量市场、输电资产方面做出的机制探索。在此基础上，进一步提炼出储能参与市场的普遍性问题，并结合中国电力市场建设的现状与挑战，对中国未来推动储能参与市场提出了相关建议。

（来源：《电力系统自动化》作者：陈启鑫、房曦晨、郭鸿业、何冠楠、张达、夏清）

关键词

储能;电力市场;机制设计;出清模型;价格机制

0 引言

为了应对气候变化，世界诸多国家提出了碳中和的方案，中国也宣布了“2030年碳达峰，2060年碳中和”的目标。作为碳排放大户，电力行业需要构建以新能源为主体的新型电力系统，大力发展风电、光伏等可再生能源以加速脱碳进程。

储能可很好地解决可再生能源引入的挑战［1-5］，因此在新型电力系统中具有重要地位。一方面，可解决风光出力高峰与负荷高峰错配的难题，通过削峰填谷，增加谷负荷以促进可再生能源的消纳，减少峰负荷以延缓容量投资需求。另一方面，可解决风光出力随机性和波动性带来的频率稳定难题，尤其是电化学等响应速度较快的新型储能，能提供调频服务提高电网可靠性。

随着电力市场化改革在主要发达国家的推进，未来储能的发展与运营，将主要在市场化的大背景下实现。在电力市场中，储能的充放电安排将改变市场出清结果与系统运行计划，对市场的竞争、价格信号的产生、市场成员的收益等都将产生重要的影响。

然而，原先面向发电机组和用电负荷设计的市场机制并不能很好地适应储能参与。不同于其他资源，储能在效用功能、成本特性、物理约束、装置规模等方面具备特殊性。在效用功能上，储能可以提供削峰填谷、容量资源、调频备用等已经市场化的服务，也可以发挥延缓输电投资、增进网络稳定等尚被管制的服务，这使储能的市场定位模糊化；在物理约束上，储能具备独特的能量有限性，因此放电能力除受功率上限约束外，还受到荷电状态限制，这使储能在出清模型中的建模具有特殊性，容量价值核算也较复杂；在成本特性上，储能的放电成本并无固定值，而是取决于充电时段的价格和其他时段无法放电的机会成本，复杂的成本核算将对市场成员的决策和组织者的监管提出挑战；在装置规模上，配电网侧的分布式储能单机规模远小于传统火电机组，这使得储能无法达到市场要求的最小规模。

因此，为推动储能参与市场，市场组织者需要明确现有市场机制的适应性与不足，研究适合储能的参与方式，明确需要调整的机制要素，并选择合适的技术路线，使市场能更好地配置储能资源。目前，学界为应对储能参与市场带来的挑战，在价值分析、框架体系、交易机制等方面已经做出了诸多研究。在不同的市场模式下，美国、英国、澳大利亚的业界也都做出了相关探索。其中，美国在其联邦能源监管委员会（Federal Energy Regulatory Commission， FERC） 841法案［6］指导下推进的市场改革，尤其具有参考意义和研究价值。

本文对现有的相关研究工作与实践进行了调研与综述，旨在对储能参与电力市场的交易机制进行系统化梳理，探讨未来机制设计的路径选择与发展方向。

1 国内外储能参与市场的研究综述

现有关于储能参与市场交易的研究工作，大体遵循如下脉络：部分文献基于储能的物理特性，试图明确储能可为电力系统带来哪些价值；为了能让储能更好地发挥价值，部分文献探讨了面向储能的市场框架体系；交易规模庞大的批发市场是电力市场的重要一环，但现行规则不能很好地适应储能的物理特性，为此部分文献研究了其交易模型的改革；由于分布式储能的兴起，部分文献研究了配电网侧市场机制，利用小规模储能为系统提供更多灵活性资源。本章将结合以上研究脉络展开论述。

1.1 物理特性与价值分析

不同类型的储能在响应速度、能量密度、效率、寿命、经济成本、潜在应用上有所差异，归纳如表1。储能依靠其物理特性，在电力系统中具备诸多潜在价值，可在市场上提供相应的标的。

由于储能可以存储能量，因此可以减少系统峰谷差，节约峰荷机组的燃料费用和启停费用。文献［7］利用市场出清模型，研究了储能对尖峰负荷和价格的削减作用。文献［8-9］分别关注储能对启停成本的节约、对消纳可再生能源的贡献，文献［10］则综合考虑了总运行费用的减少。针对不同类型储能充放电功率和效率的差异，文献［11］研究了其造成的效益差异。

由于储能也具备放电能力，因此可起容量支撑的作用，部分替代对发电机组的投资。文献［12］研究了储能对于发电容量的替代作用，考虑了储能渗透率和可再生能源渗透率的影响。文献［13］则以美国数据为例，发现需要28 GW的储能来提供峰荷容量。

由于电化学储能具备快速响应特性，可被用于提供调频、备用、调压等多种辅助服务。文献［2］关注储能在市场中提供调频服务的潜力，文献［14］则考虑了多种响应速度的备用，而文献［15］研究了储能对保持网络电压稳定的作用。

储能实际上可以通过积极响应而增强电网安全性［16］和提升电能质量［17］，通过充放电减少线路尖峰潮流而延缓输电投资［18］，这实际上能起到输电资产的作用，文献［19］进一步量化考虑了这种作用。

值得注意的是，储能提供的同一项服务，对于不同主体有不同的表现形式［20］，如图1所归纳。如削峰填谷，对电网而言表现为缓解调峰压力［21］，对新能源而言表现为存储超发电量［22］，对用户而言表现为错峰用电［23］。由于本文的落脚点在于市场机制，从市场的角度来看，以上3个价值均可以通过能量市场分时的价格信号加以体现，由市场采购并统一提供。当然，这些服务也可由发电侧、用电侧主体与储能签订使用协议而自行购买。具体选择哪种模式，是储能市场设计中待探讨的问题。