北控智慧能源牛博：海外儲能調(diào)頻案例與經(jīng)濟性分析
北控智慧能源投資有限公司 牛博
2019年5月18-20日，中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟、中國科學(xué)院工程熱物理研究所舉辦“ESIE2019儲能國際峰會暨展覽會”，北控智慧能源投資有限公司 牛博在會上發(fā)言。
在主題論壇4：“儲能參與與輔助服務(wù)市場(現(xiàn)貨市場)價值實現(xiàn)”論壇上，北控智慧能源投資有限公司牛博分享了海外儲能調(diào)頻案例與經(jīng)濟性分析。
以下為發(fā)言實錄：
北控智慧能源投資有限公司牛博：跟大家分享一下我們公司對儲能在英國電力市場中應(yīng)用的一些分析，也非常感謝會務(wù)組能給我們這次機會。
英國儲能發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢。
從1989年起英國分四個階段：
發(fā)電、輸電、送電、配電四個環(huán)節(jié)進行了電力市場改革，引入了私有化，去管制華，建立了公平、透明和相對開放的電力市場，第一階段電力市場改革1989-2000年，這一階段標(biāo)志性成就在于中央發(fā)電局的拆解和1990年3月31日成立了國家電網(wǎng)公司，創(chuàng)建了強制性電力庫，電力零售市場開始體現(xiàn)。
第二階段電力市場改革，以2001年3月27日新電力市場模式(NETA)正式施行，這階段95%以上的電力交易通過雙邊合同進行確定的，而不是以往的由電力庫進行統(tǒng)一買賣的模式。
2005年至今英國將NETA模式在全不列顛范圍內(nèi)，將蘇格蘭引入NETA模式，并建立了英國電力交易和輸電模式。2013年12月19日發(fā)布的英國電力市場改革方案白皮書。在新的電力市場改革體制下，為清潔能源以及儲能的大規(guī)模的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，也提供了契機。
從2016年巴黎協(xié)定中可以看出歐盟承諾到2030年將溫室氣體排放量，在1990年的基礎(chǔ)上減少至少40%，將全球的氣溫控制在工業(yè)化之前，不高于工業(yè)化之前2攝氏度以內(nèi)。在《2008年氣候變化法案》中英國承諾到2050年將氣溫氣體排放量減少到1990年的20%。圖中綠色的線段是英國要實現(xiàn)上述目標(biāo)需要遵循的碳排放量的變化曲線。但是如果我們只采取目前的這種政策，未來一段時間碳排放量的變化將沿著紅色的曲線下降，二者之間還是會有相對可觀的差距。
數(shù)據(jù)顯示2017年英國二氧化碳排放量較2016年下降了3%，與2010年相比排放總量減少了約1.41億噸。2017年實現(xiàn)1200萬噸碳排放的減排總量中，通過發(fā)電實現(xiàn)的減排占比78%，發(fā)電帶來的碳排放強度的下降由可再生能源的創(chuàng)記錄貢獻和化石燃料對碳排放的貢獻降至歷史低點所推動的。
為了實現(xiàn)2050年將溫室氣體排放量減少到1990年20%的目標(biāo)，未來英國將部署更多的可再生能源發(fā)電，據(jù)預(yù)計，到2040年，英國的可再生能源裝機容量將增加133%。伴隨著可再生能源裝機容量的增加，英國需要部署更多的靈活性服務(wù)，比如說儲能還有需求側(cè)響應(yīng)等更為靈活性的服務(wù)，以保證電力供應(yīng)的安全、可靠，未來一段時間到2040年儲能的預(yù)計裝機容量將達到5GW?，F(xiàn)階段英國市場上的儲能的裝機容量大概在1GW左右，2018年建成并且投產(chǎn)了大概700兆瓦左右，電池儲能資產(chǎn)目前大部分都是一些國際或者英國當(dāng)?shù)刂墓尽?/p>
儲能在英國電力市場中的應(yīng)用主要有五種服務(wù)：
容量市場、電力市場、平衡服務(wù)、輔助服務(wù)，容量市場是2013年英國開啟第四輪電力市場改革以后引入的一種新的機制，引入這個容量市場機制的目的，在于確保電力的安全供應(yīng)，容量市場的建立將鼓勵更多的投資以替換老舊的發(fā)電站，同時也為間歇性的可再生能源發(fā)電提供支持。容量市場現(xiàn)階段主要分為T1容量市場和T4容量市場，T1容量市場在中標(biāo)后第二年實現(xiàn)交付，合同期限1年，新建機組中標(biāo)后第四年交付。
下圖是容量市場的價格形成機制，通過招標(biāo)確定統(tǒng)一的市場出清價格，所有的中標(biāo)者加上統(tǒng)一的市場出清價格一次出清，右邊表格匯總了自2014年開始的T4招標(biāo)以后，每年中標(biāo)的歷史價格，前三年分別在20磅每千瓦每年左右，但是2021年-2022年價格驟降到了8.4磅每千瓦每年，現(xiàn)在容量市場，去年的時候，因為容量市場機制設(shè)置對于某些需求側(cè)響應(yīng)的服務(wù)商而言，在機制上有一些存在部分不公平的現(xiàn)象，目前英國的BERS部門已經(jīng)把這個容量市場暫停了，正在進一步完善容量市場的機制。預(yù)計在今年7月份會開啟新一輪的T1合同的招標(biāo)。
儲能在英國電力市場上可以參與的電力輔助服務(wù)主要為頻率響應(yīng)、容量儲備、無功調(diào)節(jié)和系統(tǒng)安全四個方面，其中電池儲能主要參與固定頻率響應(yīng)的動態(tài)頻率響應(yīng)，英國果實電網(wǎng)下屬的ESO定期公布英國未來一段時間內(nèi)的調(diào)頻需求，并且每個月都會舉行招標(biāo)。中標(biāo)者可以針對未來某一個月甚至某連續(xù)的24個月，全天或者一天中的特定時間段分別進行投標(biāo)，中標(biāo)者需要按時實現(xiàn)容量的交付，并且與國家電網(wǎng)按投標(biāo)價格進行結(jié)算。
FFR主要可以分為三類服務(wù)，分別為：一級低頻響應(yīng)、二級低頻響應(yīng)和高頻響應(yīng)。下面這張表是英國國家電網(wǎng)總局的某一個月份的投標(biāo)和中標(biāo)情況，在這個表里詳細的描述了中標(biāo)的公司名、資產(chǎn)名、技術(shù)形式還有中標(biāo)的時間段和中標(biāo)的服務(wù)周期。如果大家有興趣的話，可以在英國國家電網(wǎng)上將往屆的FFR招標(biāo)情況匯總表下載下來，以供分析。
FFR目前市場規(guī)模大概在800兆瓦左右，隨著可再生能源尤其是風(fēng)電裝機容量的提高，預(yù)計到2035年容量將達到1.6MW。相比于傳統(tǒng)的清潔能源，在調(diào)頻服務(wù)方面更具有優(yōu)勢，所以根據(jù)預(yù)計，在2020年左右，電池儲能將逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。
電池儲能可以參與的其他的輔助服務(wù)，包括增強型頻率響應(yīng)、快速儲備和短期運行儲備，EFR只有一輪，總共中標(biāo)容量大概在1.7GW左右，中標(biāo)單價在9.44英鎊/千瓦/小時。下面這張圖匯總了各類輔助服務(wù)的平均價格，從圖中可以看出FFR動態(tài)頻率響應(yīng)的價格，相對于其他服務(wù)而言是比較高的，如果我們能保證項目在中標(biāo)FFR服務(wù)的話，項目的收益率會非常好。
這是2017年價格的情況，但是現(xiàn)階段FFR中標(biāo)價格已經(jīng)降到10英鎊/MW/h，預(yù)計價格還會進一步下降。
儲能參與電力批發(fā)市場，利用國內(nèi)電價差套利的商業(yè)模式，電力批發(fā)市場是電力生產(chǎn)商與電力供應(yīng)商之間主要的交易途徑，分別分為日間電力交易和日前電力交易。電力生產(chǎn)商和電力供應(yīng)商需在電力中心分別申報每半小時的產(chǎn)量和需量，電力交易中心將按照報價確定出清順序，并確定統(tǒng)一出清價格，按約定的時間，順序和統(tǒng)一的出清價格實現(xiàn)電價的交付，隨著可再生能源裝機尤其風(fēng)電裝機容量上升，未來電價差有進一步擴大的空間。
平衡機制作為電力市場交易的一種補充，它主要用于滿足電力傳輸系統(tǒng)實時平衡，參與者需要在電力市場交易關(guān)閉，也就是說電量交付前一個小時，至電量交付前的一段時間內(nèi)，也就是說一個小時的時間內(nèi)，在電力交易中心申報多發(fā)/少發(fā)的電量及對應(yīng)的價格，并按申報價格從高到低依次排序，無法順利出清的容量將被用來計算凈不平衡容量及不平衡費，所有導(dǎo)致系統(tǒng)不平衡供應(yīng)商將按照不平衡容量被收取一定的平衡服務(wù)費。
隨著可再生能源裝機尤其是風(fēng)電裝機容量不斷提高，英國的電網(wǎng)越來越呈現(xiàn)北電南送的格局，從蘇格蘭等風(fēng)電資源豐富的地區(qū)向英格蘭南部負荷中心輸送的格局，長距離輸電造成了比較可觀的電力損耗，同時增加了電力分擔(dān)，因此英國國家電網(wǎng)對于給輸電和配電帶來過大負擔(dān)的電力生產(chǎn)者和電力消耗者分別征收一定的費用，并將費用補貼給建立在負荷中心周圍可以有效緩解電網(wǎng)負擔(dān)的分布式電源。嵌入式效益中最主要的收益是來自于Triads。以上這五種商業(yè)模式是儲能在英國市場上的主要的幾種，經(jīng)濟性比較好的商業(yè)模式。因為他們在時間上存在一定的差別，我們可以將這幾種商業(yè)模式有機的整合起來，我們提出如下的商業(yè)模式。我們在每年11月至次年二月，僅參與夜間的調(diào)頻服務(wù)，日漸我們參與電力市場交易平衡機制和Triads。在3月至10月參與全天調(diào)頻服務(wù)，這么做的優(yōu)點在于現(xiàn)階段調(diào)頻服務(wù)的單價依然較高，參與全天調(diào)頻服務(wù)可以獲得較高的收益。冬季的時候，英國的電價差相對較大，我們參與白天的電力市場交易，同時去捕獲Triads的價格，我們可以獲得相對穩(wěn)定，也是相對較高的收益，這么做的缺點在于英國在日間調(diào)頻的需求遠遠低于夜間的調(diào)頻需求。
我們提出如下模式，全年12個月全部僅參與夜間調(diào)頻機制，日間參與參與電力市場交易及平衡服務(wù)，這么做帶來的壞處是這么做的收益遠遠低于上一種交易模式。夜間調(diào)頻需求較高，競標(biāo)情況相對樂觀，這是好處。
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