原CAISO工程師劉云仁：美國(guó)加州電力市場(chǎng)中的儲(chǔ)能發(fā)展情況
原美國(guó)加州獨(dú)立系統(tǒng)調(diào)度中心主任(CAISO)、市場(chǎng)設(shè)計(jì)工程師 劉云仁
2019年5月18-20日，中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟、中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所舉辦“ESIE2019儲(chǔ)能國(guó)際峰會(huì)暨展覽會(huì)”，原美國(guó)加州獨(dú)立系統(tǒng)調(diào)度中心主任(CAISO)、市場(chǎng)設(shè)計(jì)工程師 劉云仁在會(huì)議上發(fā)言。
在主題論壇4：“儲(chǔ)能參與與輔助服務(wù)市場(chǎng)(現(xiàn)貨市場(chǎng))價(jià)值實(shí)現(xiàn)”論壇上，原美國(guó)加州獨(dú)立系統(tǒng)調(diào)度中心主任(CAISO)、市場(chǎng)設(shè)計(jì)工程師劉云仁介紹了美國(guó)加州電力市場(chǎng)中的能量存儲(chǔ)(系統(tǒng))。
以下為發(fā)言實(shí)錄：
原美國(guó)加州獨(dú)立系統(tǒng)調(diào)度中心主任(CAISO)、市場(chǎng)設(shè)計(jì)工程師劉云仁：
謝謝大會(huì)邀請(qǐng)我來(lái)跟大家分享一下儲(chǔ)能參加加州電力市場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)。剛才清華大學(xué)的鐘教授已經(jīng)對(duì)儲(chǔ)能參加電力市場(chǎng)和加州的儲(chǔ)能應(yīng)用已經(jīng)做了很好的介紹，我現(xiàn)在只是做一點(diǎn)補(bǔ)充。
加州是美國(guó)人口最多的一個(gè)州，面積第三大，大家都知道加州是在美國(guó)是非常發(fā)達(dá)，非常富有的州，不管在什么方面，在高科技創(chuàng)新、科技創(chuàng)新方面是領(lǐng)先世界潮流，而且加州的農(nóng)業(yè)、牧業(yè)也是在全美國(guó)占領(lǐng)先的地位，包括旅游也是非常先進(jìn)的。
所以在電力工業(yè)改革的問(wèn)題上，加州也是領(lǐng)先世界的潮流。所以在儲(chǔ)能參加電力市場(chǎng)這個(gè)問(wèn)題上，加州也不落后，也是走在世界的最前面。
剛才清華的鐘教授已經(jīng)介紹過(guò)，其實(shí)儲(chǔ)能最開(kāi)始在參加電力市場(chǎng)，最好、最多的途徑是以調(diào)頻的方式進(jìn)入電力市場(chǎng)。為什么呢?因?yàn)閮?chǔ)能，特別是電池儲(chǔ)能有非常好的反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間非?？?，調(diào)節(jié)比較精確，跟蹤指令的性能比較好。所以它是最好的，但是儲(chǔ)能不光是能夠參加調(diào)頻，它在其他的電力市場(chǎng)各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)方面都可以參加。但是主要取決于儲(chǔ)能的時(shí)間特性，它根據(jù)時(shí)間來(lái)分，如果在一分鐘之內(nèi)，幾秒鐘之內(nèi)的短期儲(chǔ)能，可以減輕頻率的波動(dòng)問(wèn)題，可以改善電能的質(zhì)量，這是最短的，一般來(lái)說(shuō)1分鐘-15分鐘應(yīng)用是最廣泛的，這個(gè)主要改變調(diào)頻，還有運(yùn)行備用，應(yīng)用最廣泛的在這一點(diǎn)。
15分鐘-60分鐘的時(shí)段，主要是用于運(yùn)行備用、附加能量調(diào)度。運(yùn)行備用，雖然國(guó)內(nèi)有8個(gè)輔助服務(wù)市場(chǎng)已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)行，但是我沒(méi)有看到一個(gè)真正把運(yùn)行備用當(dāng)做一個(gè)產(chǎn)品，進(jìn)行購(gòu)買或者進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?，這個(gè)是非常重要的運(yùn)行備用，后面我還會(huì)講到這個(gè)問(wèn)題，運(yùn)行備用是最重要的輔助備用之一。
1小時(shí)-4小時(shí)，負(fù)責(zé)負(fù)荷跟蹤，在加州市場(chǎng)或者電力市場(chǎng)，每小時(shí)有小時(shí)的發(fā)電計(jì)劃或者負(fù)荷計(jì)劃，負(fù)荷計(jì)劃兩個(gè)小時(shí)之間會(huì)有差異，是以小時(shí)來(lái)算。這兩者之間有差異，如果跟蹤這兩個(gè)小時(shí)之間的差異，就需要運(yùn)行備用。
4小時(shí)-24小時(shí)之間，主要用抽水電站，作為峰谷的調(diào)節(jié)、能量轉(zhuǎn)移，低谷的時(shí)候抽水、高峰時(shí)候放水發(fā)電，這個(gè)就參加日前能量市場(chǎng)，前面都是參加輔助服務(wù)市場(chǎng)，當(dāng)然也參加實(shí)時(shí)能量市場(chǎng)，但是4小時(shí)-24小時(shí)這種長(zhǎng)期的儲(chǔ)能裝置主要是參加能量市場(chǎng)，幾天的也是參加能量市場(chǎng)，參加技術(shù)組合。我們加州沒(méi)有容量市場(chǎng)，在別的州，儲(chǔ)能裝置也能作為容量市場(chǎng)的產(chǎn)品，保證負(fù)荷所需要的容量?jī)?chǔ)備。所以參加市場(chǎng)主要是根據(jù)儲(chǔ)能的特征，主要是由儲(chǔ)能時(shí)間、充放電所需要的時(shí)間來(lái)決定它哪一部分市場(chǎng)，
美國(guó)對(duì)儲(chǔ)能參加電力市場(chǎng)還是比較重視，最近在去年2月份FERC公布了Order841命令，命令要求ISO/RTO，美國(guó)一共有7個(gè)這樣的組織。但是這7個(gè)組織有點(diǎn)怪，不屬于FERC管，他自己是一個(gè)機(jī)構(gòu)。我下面講FERC的841命令對(duì)德州不管用的，德州有自己的政策?！?41”的精神就是要求各個(gè)ISO/RTO要修改自己的市場(chǎng)規(guī)則，要掃清儲(chǔ)能裝置參加電力市場(chǎng)的障礙，促進(jìn)儲(chǔ)能裝置參加電力市場(chǎng)提供方便?！?41”具體的要求就是有下面這幾點(diǎn)：
所有儲(chǔ)能裝置，電網(wǎng)儲(chǔ)能裝置，剛才鐘老師定義的，電網(wǎng)能夠調(diào)度的這些儲(chǔ)能裝置直接連在電網(wǎng)上的。所有的能量、容量、輔助服務(wù)都可以提供，可以參加電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。它要制訂對(duì)于各種儲(chǔ)能裝置參加電力市場(chǎng)需要什么參數(shù)，需要什么要求，市場(chǎng)要比較明確的的定義出來(lái)。
最小尺寸不能小于100千瓦或者0.1MW，這個(gè)為配網(wǎng)的儲(chǔ)能裝置進(jìn)入市場(chǎng)留有余地，現(xiàn)在實(shí)際上還沒(méi)有做到這一點(diǎn)，一般要求都在一個(gè)兆瓦以上，因?yàn)檫@里面有個(gè)問(wèn)題，如果只有0.1兆瓦，我相信所有的優(yōu)化程序里邊的最小值，這一點(diǎn)技術(shù)有困難，真正要實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)進(jìn)入電力市場(chǎng)，配網(wǎng)小的儲(chǔ)能裝置要進(jìn)入市場(chǎng)，可能得打包，我們系統(tǒng)不可能處理那么小的。因?yàn)樵诶镞呠浖臉O限就是0.1MW，再小的就算不下去了，這個(gè)是一個(gè)挑戰(zhàn)。
另外，儲(chǔ)能裝置要能夠被調(diào)度，既可以作為買方，也可以作為賣方在批發(fā)市場(chǎng)進(jìn)行交易，最后按照批發(fā)市場(chǎng)的價(jià)格進(jìn)行結(jié)算。充電的時(shí)候，按照發(fā)電的邊際電價(jià)支付顛覆，相當(dāng)于負(fù)荷，按照節(jié)點(diǎn)電價(jià)支付電費(fèi)。放電的時(shí)候要得到補(bǔ)償。
FERC要求，去年12月3號(hào)以前向FERC提供執(zhí)行“841”號(hào)命令的計(jì)劃，在這6個(gè)ISO/RTO當(dāng)中，從這張圖可以看出，這是FERC做的評(píng)估，加州是執(zhí)行的最好的，其他的州各有各的，黃的表示不確定的，紅的是表示不達(dá)標(biāo)，加州所有都達(dá)標(biāo)，從這點(diǎn)來(lái)看加州也是走在最前面，做的最好的，具體的大家可以看我的PPT。
加州為什么會(huì)做的最好?加州從市場(chǎng)開(kāi)始第一天，我們就有儲(chǔ)能裝置了，但是當(dāng)時(shí)主要的儲(chǔ)能裝置主要是抽水儲(chǔ)能，在市場(chǎng)模型里面就有抽水儲(chǔ)能這種資源的形式，像發(fā)電機(jī)負(fù)荷專門有一種，抽水儲(chǔ)能我把它當(dāng)做發(fā)電資源進(jìn)入市場(chǎng)模型的，抽水儲(chǔ)能抽水的時(shí)候是當(dāng)負(fù)荷用，但是我是按照發(fā)電機(jī)的模型進(jìn)入市場(chǎng)的，發(fā)電機(jī)有負(fù)的發(fā)電用量，所以是負(fù)荷。在發(fā)電的時(shí)候，就是正規(guī)的水電發(fā)電機(jī)，所以我們?cè)瓉?lái)就有儲(chǔ)能模型在里面了。把其他的儲(chǔ)能裝置納入市場(chǎng)，在加州來(lái)說(shuō)市場(chǎng)模型不需要太大的修改，很容易就做到。
另外加州在促進(jìn)儲(chǔ)能進(jìn)入市場(chǎng)起步比聯(lián)邦還要早，早在2010年加州就通過(guò)了州里面的法案，就是AB2514，這個(gè)法案就是為儲(chǔ)能裝置進(jìn)入市場(chǎng)掃清障礙、提供便利，而且設(shè)立了，應(yīng)該是2020年達(dá)到132.5萬(wàn)MW的抽水儲(chǔ)能，不包括抽水儲(chǔ)能，抽水儲(chǔ)能主要還是鋰離子電池，還有一種流動(dòng)電池，具體的技術(shù)我不懂，反正是最新的一種方式。
從2016年開(kāi)始，加州為了促進(jìn)儲(chǔ)能參加加州市場(chǎng)，加州就分四個(gè)階段提出了市場(chǎng)改進(jìn)的措施，這四個(gè)階段現(xiàn)在已經(jīng)完成了兩個(gè)階段，第三個(gè)階段正在進(jìn)行，具體的大家可以看我的PPT，我就不講了。
現(xiàn)在儲(chǔ)能裝置作為所有的儲(chǔ)能形式進(jìn)入加州市場(chǎng)，加州市場(chǎng)專門幫它定義了一種資源模型，叫做NGR非發(fā)電資源，NGR跟發(fā)電機(jī)不一樣，他是可以從負(fù)到正進(jìn)行的一種資源，可以在整個(gè)容量范圍，比方從充電到放電，從負(fù)到正，他可以連續(xù)的調(diào)度到任何水平。
第二，儲(chǔ)能裝置都有一個(gè)最大的能量限制的要求。最大的能量限制，就像手機(jī)電池，你有多少毫安，最大你可以充到多少電，最小你不能超出這個(gè)限制，你不能一直充電充電，充滿了就不充了。其實(shí)這個(gè)發(fā)電機(jī)我們?cè)谑袌?chǎng)模型上也有限制，它能夠產(chǎn)生電能，也能夠作為需求側(cè)去響應(yīng)的負(fù)荷，在需求側(cè)減它的負(fù)荷，可以作為補(bǔ)償發(fā)電這邊。
另外，可以發(fā)電，所以通過(guò)這樣的模型，ISO就為儲(chǔ)能資源參加加州電力市場(chǎng)提供了跟其他的資源平等的機(jī)會(huì)。
NGR有下面這些特性，實(shí)際上它的模型比一般的發(fā)電機(jī)組還簡(jiǎn)單，它沒(méi)有啟動(dòng)成本，也沒(méi)有關(guān)機(jī)成本，也沒(méi)有最小負(fù)荷成本或者轉(zhuǎn)換成本，它的市場(chǎng)報(bào)價(jià)不像發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)在加州市場(chǎng)，在能量市場(chǎng)是可以報(bào)10段，不同的容量和價(jià)錢，你可以報(bào)11對(duì)，實(shí)際上報(bào)10段，但是儲(chǔ)能價(jià)值只有兩個(gè)價(jià)，充電多少錢，或者放電多少錢。不過(guò)儲(chǔ)能裝置，按照我的觀察他們?cè)趫?bào)價(jià)的時(shí)候基本上都是零報(bào)價(jià)，零報(bào)價(jià)保證他參與市場(chǎng)，他肯定中標(biāo)，因?yàn)樗倪\(yùn)行成本很低，投資成本現(xiàn)在不講，他另外有政策。作為市場(chǎng)，他既然跟其他的資源一道進(jìn)入市場(chǎng)參加競(jìng)爭(zhēng)主要是靠報(bào)價(jià)，他們基本上用的零報(bào)價(jià)。這是NGR的特點(diǎn)，NGR有爬坡出力的問(wèn)題，根據(jù)容量來(lái)說(shuō)，爬坡出力都是比較大的，比較好的。他可以充電和放電的時(shí)候可能有不同的爬坡出力，這是簡(jiǎn)單的模型，詳細(xì)情況因?yàn)闀r(shí)間關(guān)系不詳細(xì)講。
NGR可以提供能量和輔助服務(wù)，各種輔助服務(wù)。NRG根據(jù)我的觀察，除掉抽水儲(chǔ)能，它可以用于調(diào)峰，用于能量計(jì)劃，抽水儲(chǔ)能時(shí)間長(zhǎng)。但是電池主要就是用在調(diào)頻上，舉兩個(gè)例子，調(diào)頻市場(chǎng)的模型，5個(gè)電池參加市場(chǎng)，充電時(shí)間可以是15分鐘或者放電可以放15分鐘，但是放電功率是有10MW，因?yàn)?個(gè)電池，在15分鐘放電放完或者充電充滿，充電功率是20MW，參加市場(chǎng)報(bào)價(jià)就報(bào)20M。哪怕日前市場(chǎng)在購(gòu)買輔助服務(wù)，我是購(gòu)買這20MW，但是15分鐘，我就算它有20個(gè)MW參加了日前市場(chǎng)。為什么?調(diào)頻這點(diǎn)跟國(guó)內(nèi)可能有些不太一樣，調(diào)頻服務(wù)是一個(gè)非常短暫的服務(wù)，是在幾秒鐘到幾分鐘，最多15分鐘之內(nèi)用的，我不能超過(guò)太長(zhǎng)，一個(gè)調(diào)頻機(jī)組不可能一直讓它不斷的往上調(diào)，很快就會(huì)把它消耗光。所以調(diào)頻服務(wù)必須配有運(yùn)行備用作為作為補(bǔ)充。調(diào)頻是自動(dòng)執(zhí)行的，但是調(diào)頻往上調(diào)的時(shí)候，同時(shí)我的調(diào)度軟件就要調(diào)度另外一些機(jī)組的備用，把運(yùn)行備用補(bǔ)上去，把調(diào)頻釋放出來(lái)。把調(diào)頻釋放出來(lái)，永遠(yuǎn)調(diào)頻處于最佳的工作狀態(tài)，這樣的話，調(diào)頻才能真正達(dá)到目的。國(guó)內(nèi)好像沒(méi)有意識(shí)到這一點(diǎn)，按照國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)，所以他購(gòu)買了調(diào)頻，他就按照一小時(shí)我要調(diào)頻，這樣他就過(guò)多的購(gòu)買了，根本就沒(méi)有必要，調(diào)頻是15分鐘之內(nèi)，我不能用完，在15分鐘之內(nèi)我通過(guò)調(diào)度別的機(jī)組把調(diào)頻釋放出來(lái)。所以，在算容量的時(shí)候，我要按照4倍的容量報(bào)價(jià)進(jìn)入市場(chǎng)，往下調(diào)也是一樣的道理。
關(guān)于儲(chǔ)能，雖然我40年前在北京工作的時(shí)候我是研究出身，我在中科院電科研究所出來(lái)的，基本上我出去以后就沒(méi)干儲(chǔ)能了，我就回到電力系統(tǒng)搞電力市場(chǎng)了。儲(chǔ)能其實(shí)我是外行，我是在這兒跟大家學(xué)習(xí)。但是對(duì)于輔助服務(wù)市場(chǎng)，我可以說(shuō)我是比較有心得體會(huì)的，我做了十多年的輔助服務(wù)市場(chǎng)。加州的輔助服務(wù)市場(chǎng)很多從設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行，基本上我都參加，我都是主要的做貢獻(xiàn)的人所以我對(duì)國(guó)內(nèi)的輔助服務(wù)市場(chǎng)比較關(guān)心、比較關(guān)注。我在這方面寫過(guò)很多小文章，大篇的文章也寫過(guò)一些，我覺(jué)得國(guó)內(nèi)的輔助服務(wù)市場(chǎng)有很多不足的地方。
首先對(duì)于輔助服務(wù)的含義，比起英文來(lái)說(shuō)中文確實(shí)不是很精確，比如調(diào)峰應(yīng)該屬于能量市場(chǎng)，不應(yīng)該屬于輔助服務(wù)市場(chǎng)，調(diào)峰國(guó)內(nèi)老要加一個(gè)輔助服務(wù)，這個(gè)東西好像從名詞上說(shuō)不過(guò)去，但是我要了解，因?yàn)閲?guó)內(nèi)是為了解決他調(diào)峰的問(wèn)題，大家又沒(méi)有電力市場(chǎng)，國(guó)家又已經(jīng)批準(zhǔn)開(kāi)放輔助服務(wù)市場(chǎng)，我理解是這個(gè)意思。實(shí)際上大家都有共識(shí)，調(diào)峰不屬于輔助服務(wù)，如果有現(xiàn)貨市場(chǎng)或者調(diào)度機(jī)構(gòu)比較厲害，完全不需要調(diào)峰，你可以通過(guò)計(jì)劃安排去安排峰谷的發(fā)電，去進(jìn)行補(bǔ)償，不應(yīng)該叫調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)，你可以直接叫調(diào)峰市場(chǎng)，我沒(méi)意見(jiàn)。第二個(gè)，輔助服務(wù)市場(chǎng)一定要跟實(shí)時(shí)市場(chǎng)、實(shí)時(shí)調(diào)度配套，同步進(jìn)行，如果沒(méi)有實(shí)時(shí)服務(wù)、實(shí)時(shí)市場(chǎng)調(diào)度，因?yàn)檩o助服務(wù)主要是為實(shí)時(shí)運(yùn)行提供保障的，所以如果你搞輔助服務(wù)市場(chǎng)最好跟實(shí)時(shí)市場(chǎng)、實(shí)時(shí)現(xiàn)貨市場(chǎng)同步進(jìn)行。
剛才李總講到，輔助服務(wù)的補(bǔ)償機(jī)制是很不健全的，按發(fā)電側(cè)來(lái)補(bǔ)償，國(guó)際上沒(méi)有先例，國(guó)際都是按負(fù)荷分擔(dān)，因?yàn)樨?fù)荷享受著穩(wěn)定的電網(wǎng)，按照負(fù)荷比例分擔(dān)。他是按照發(fā)電側(cè)來(lái)分擔(dān)就非常不充分，最新的資料2018年，包括西北是補(bǔ)償最多的，但是補(bǔ)償費(fèi)用當(dāng)中很大比例是調(diào)峰，還不是輔助服務(wù)，所以輔助服務(wù)真正的補(bǔ)償不到0.83%，可能最多只有0.4%，這太少太少了。相比之下，美國(guó)加州，我統(tǒng)計(jì)2018年的數(shù)據(jù)，那是去年做的，加州的輔助服務(wù)是占總的補(bǔ)償費(fèi)用的3.3%，比它大得多，而且還不包括在能量實(shí)施市場(chǎng)當(dāng)中調(diào)度輔助服務(wù)市場(chǎng)的那部分，只是輔助服務(wù)容量。輔助服務(wù)的補(bǔ)償分兩部分，一部分是容量，你在日前市場(chǎng)上承諾我要提供多少輔助服務(wù)，我就得到一部分補(bǔ)償，這部分到了實(shí)時(shí)市場(chǎng)不管用不用，我都可以得到。但是如果我調(diào)用到你了，你沒(méi)執(zhí)行我的調(diào)用或者執(zhí)行當(dāng)中偏差太大，那我就要懲罰。當(dāng)我調(diào)用到你，那部分調(diào)用的能量還有第二次的補(bǔ)償，還不包括第二次調(diào)用能量的補(bǔ)償，加州就占3.3%，所以促進(jìn)了，因?yàn)橛斜容^合理的補(bǔ)償，激勵(lì)了很多機(jī)組，特別是一些比較老的機(jī)組，發(fā)電效率比較低的機(jī)組，他們轉(zhuǎn)向輔助服務(wù)市場(chǎng)，我提供輔助服務(wù)市場(chǎng)，我憑我的容量拿一份錢。但是到時(shí)候?qū)崿F(xiàn)承諾了，我還能拿一份錢。所以國(guó)內(nèi)在輔助服務(wù)市場(chǎng)方面存在著很多很多的不足，我覺(jué)得還大有改進(jìn)的余地。但是最重要的一點(diǎn)，所謂參加輔助服務(wù)市場(chǎng)，一定要跟實(shí)時(shí)市場(chǎng)同步進(jìn)行，單獨(dú)搞一個(gè)輔助服務(wù)市場(chǎng)沒(méi)有意義，一定要跟調(diào)度連在一起。因?yàn)檩o助服務(wù)，我把他買來(lái)，承諾好是為了實(shí)時(shí)用的，沒(méi)有實(shí)時(shí)市場(chǎng)的話，空談。
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