【精彩论文】独立储能电站参与电力现货市场机制及试运行分析

独立储能电站参与电力现货市场机制及试运行分析

关立¹, 周蕾², 刘航航², 周新生³, 陶玮³, 赵梓州³

（1. 国家电网有限公司，北京　100031; 2. 国网山东省电力有限公司，山东 济南　250000; 3. 北京清大科越股份有限公司，北京　100084）

摘要：随着风光新能源装机容量迅速增长，加快健全储能设施参与电力现货市场交易机制有利于促进新能源消纳。为提高系统调节能力，以山东省独立电储能参与现货市场交易机制为研究对象，提出了独立储能以自调度模式参与现货市场的运行机制。仿真运行数据表明，储能装置参与现货市场对促进新能源消纳和提升电力供应保障能力具有重要作用。

引文信息

关立, 周蕾, 刘航航, 等. 独立储能电站参与电力现货市场机制及试运行分析[J]. 中国电力, 2022, 55(10): 185-190.

GUAN Li, ZHOU Lei, LIU Hanghang, et al. Analysis of independent energy storage power station participating in power spot market mechanism and trial operation[J]. Electric Power, 2022, 55(10): 185-190.

引言建设新型电力系统是中国推动实现碳达峰、碳中和目标的关键举措^[1]。随着风电、光伏等新能源快速发展，装机容量在电力系统中占比与日俱增，电力系统迫切需要更充足的灵活调节资源以平抑大规模新能源随机波动给电网运行带来的冲击^[2]。在此背景下，储能及其配套市场机制研究成为当前市场领域研究的重点^[3-4]。目前，储能装置建设成本较高^[5-6]。从具体实践情况来看，初期储能主要与火电、风电、光伏等电源以联合体形式打捆参与市场交易^[7-8]。文献[9-11]分别研究了火储、风储、光储一体化系统在调频市场中的运行控制策略。在广东、山东等地，储能以一体化系统形式广泛应用于调频市场交易中^[12-13]。此外，储能装置也可用于优化新能源电站发电曲线。文献[14-15]分别采用模糊控制算法、遗传算法提出了面向风储、光储一体化系统的优化控制策略，进而平抑新能源波动。文献[16-17]考虑储能装置运行成本和新能源发电预测偏差，提出了以预期收益最大为目标的优化运行策略，避免了因预测偏差造成的收益损失。文献[18-19]讨论了一体化系统电能量现货市场中的竞价策略问题，提出了以预期效益最大化为目标的现货申报策略，进一步应用于电能量现货市场交易中。现有研究主要探讨了一体化系统参与市场交易的问题。由于一体化系统中储能装置规模较小，在实现电能时间平移，促进削峰填谷等方面效用有限。随着新能源快速发展，电力系统迫切需要以独立储能形式参与市场^[20-23]。随着新型电力系统加速建设，新能源装机和发电量占比将逐渐增大，亟须研究适应独立储能的市场机制设计方案。

作为国内首批电力现货市场建设试点，山东率先推出独立储能设施现货市场交易机制。本文围绕山东独立储能现货市场交易机制设计，探讨独立储能参与市场概况和市场机制设计问题。结合试运行情况，分析独立储能参与市场交易的效益，展望后续市场机制改进方向。

1  山东省独立储能参与市场概况

山东电源结构呈现显著的“两大一高”特点，即光伏和煤电装机容量大、供热机组装机占比高。截至2021年底，山东煤电装机为116 GW，光伏装机为33.43 GW。其中，供热机组装机容量占直调煤电机组80%以上，造成电网调节能力有限，加剧新能源消纳困难。为解决新能源消纳难题，山东持续加快能源转型发展，使独立储能参与现货市场，独立储能电站规模如表1所示。

表1  独立储能电站的规模

Table 1  Scale of independent energy storage power station

为支持独立储能发展，形成可持续的良性发展模式，搭建了“1+2”的独立储能盈利模式架构，其中“1”为独立储能投运即可获得的容量补偿费用，“2”为独立储能可参与电能量市场或调频辅助服务市场交易获得收益。独立储能参与市场有3种机制，具体如下。

（1）容量补偿电价机制。山东在中国率先建立了容量补偿电价机制，以容量补偿费用形式补偿发电机组固定成本，并将独立储能电站纳入补偿主体。独立储能月度可用容量主要由其有效充放电容量确定，即

式中：为独立储能第 s 月度的可用容量； λ^SE 为独立储能效用系数；为独立储能第 s 月度的有效充放电容量。（2）调频辅助服务市场交易。独立储能可通过参与调频辅助服务市场交易，提供调频服务获得收益。实际上，在广东、山东的调频市场建设中，大量常规电源已通过配套储能参与调频市场获得收益^[24-25]。独立储能调频性能优越，参与调频市场有望获得更高调频补偿。（3）电能量现货市场交易。随着电能量现货市场试点建设，山东原调峰辅助服务市场与电能量现货市场逐步融合。独立储能参与电能量现货市场交易，本质上是利用峰谷时段分时价差，通过提供削峰填谷服务获得收益。因此，分时电价差水平决定了独立储能在电能量市场的收益高低。

储能装置利用分时价差，参与电能量现货市场交易，既能够实现自身盈利，也有利于新能源消纳。目前电储能在调频与电能量现货间的衔接机制尚在研究，为保证系统安全，初期要求在任一运行日电储能仅能参与调频或电能量现货市场，后期将研究衔接机制，实现其在多个市场联合高效出清。

2  独立储能参与现货市场机制设计当前山东电力现货市场采用全电量竞价模式。按照“发电侧报量报价，用电侧报量不报价”的原则，基于节点边际电价出清确定现货市场价格，并通过差价结算模式与中长期市场交易实现有效衔接。山东电能量现货市场包括日前市场、日内机组组合调整、及实时市场等阶段，并与调频辅助服务市场有序衔接，联合运转。在上述现货市场框架下，提出了基于自调度模式的独立储能现货市场交易机制。该模式的基本特征在于独立储能运营商日前申报自调度曲线，并在满足电网安全运行和新能源优先消纳条件下先出清。同时，独立储能运营商作为现货市场价格接受者，根据市场出清、实际运行结果进行结算。本文从申报模式、出清模式、价格与结算机制3个方面探究独立储能自调度模式参与的机制设计要点。（1）申报模式设计。独立储能运营商仅须在竞价日申报自调度曲线。自调度曲线本质上为独立储能运营商根据市场出清价格预测，制定的最优运行曲线，以明确运行日各时段充放电状态及功率。为便于独立储能运营商合理申报自调度曲线，在竞价日，市场运营机构将次日负荷预测、新能源预测出力、发输变电设备检修情况等市场运行信息进行信息披露。独立储能运营商须自行开展市场出清价格预测，并以此作为申报依据。为了规范申报数据，初期要求独立储能运营商采用不超过2次申报自调度曲线。

山东3座独立储能电站某竞价日实际申报的自调度曲线如图1所示。在图1中，功率 ＞ 0，表明该时刻处于放电状态；功率 ＜ 0，则处于充电状态。等效负荷曲线能够反映供需变化形势，从而为测算提供依据。对独立储能运营商来说，等效负荷曲线可根据市场公开信息得到。运行日的等效负荷曲线如图2所示。从图2可以看出，当天3座独立储能均选择在午间低谷时段充电，并在晚间高峰时段放电。自调度曲线与净负荷曲线峰谷变化紧密相关，能够实现削峰填谷，缓解高峰供应紧张问题。

图1   独立储能自调度曲线

Fig.1  Curve of independent energy storage and self dispatching

图2  等效负荷

Fig.2  Equivalent load

（2）出清模式设计。独立储能作为优先出清电源，仅需要对其是否满足电网安全约束和新能源优先消纳要求进行判定。出清结果将作为日前和实时现货市场出清模型的边界条件，从而构建安全约束机组组合、安全约束经济调度模型。

在电网安全约束校验中，目前采用离线安全分析方式，校验独立储能自调度曲线是否满足所在地区电网运行约束。当前三个独立储能所处地区电网整体可靠性较强，自调度曲线一般均能满足电网安全约束，未出现因电网原因导致独立储能自调度曲线难以出清的情况。

在新能源优先消纳校验中，采用等效峰谷差校验方法，在净负荷曲线基础上进一步叠加独立储能自调度曲线，若叠加自调度曲线后所得的等效负荷曲线较原净负荷曲线高峰时段负荷需求降低且低谷时段负荷需求增加，则表明独立储能申报的自调度曲线有助于提升低谷时段新能源消纳，可以出清，否则不予出清。

（3）价格与结算机制设计。独立储能电能量现货市场结算中采用“日清月结”模式，作为价格接受者，接受日前市场出清价格。实际交换功率与申报自调度曲线间的偏差电量按照实时现货市场出清价格结算。

独立储能在电能量现货市场中结算电费为

式中：为独立储能第 s 月度的电能量现货结算电费； N^D 、 N^T 分别为当月运行日数、各运行日时段数； ΔT 为时段间隔；分别为运行日 d 时段 t 的日前市场出清节点电价、实时市场出清节点电价；为独立储能第 s 月度申报的运行日 d 时段 t 的自调度曲线交换功率；为独立储能第 s 月度在运行日 d 时段 t 的实际交换电能。

3  山东独立储能参与现货市场试运行分析自2022年3月起，山东独立储能电站作为市场主体参与现货市场结算试运行，期间独立储能电站积极参与电能量现货交易，独立储能运营商参与市场交易的业务衔接更为顺畅，市场申报更加合理。自调度模式下，独立储能电站根据现货市场披露信息，预测市场出清价格，申报自调度曲线。由于采用优先出清模式，试运行期间独立储能所申报的自调度曲线均全额出清。自调度曲线与日前市场出清价格匹配程度实际上决定了独立储能电能量现货市场交易收益预期。近一个月的市场申报和出清结果显示独立储能运营商申报的自调度曲线与出清价格匹配性呈逐步提升趋势，该结果表明了独立储能运营商自调度模式下的市场预测分析能力逐步提升，更加适应现货市场交易环境。

以某独立储能2022年3月5日、20日申报自调度曲线和日前现货市场出清价格为例，申报与出清结果匹配程度如图3所示。从图3可以看出，2022年3月20日自调度曲线与日前市场出清价格契合程度较2022年3月5日有显著提升。

图3   匹配程度

Fig.3  Matching degree

对试运行期间独立储能电能量现货市场交易情况进行结算分析。独立储能电能量现货市场结算收益变化如图4所示。从图4可以看出，独立储能逐日结算费用整体呈上升趋势。日结算电费均值达到32万元，则预计月度结算收入可达900万~1 000万元。

图4  收益情况

Fig.4  Income situation

独立储能参与现货交易在创造自身交易收益的同时，通过高峰发电、低谷充电，能够发挥缓解高峰电力紧张、促进低谷新能源消纳的作用。2022年3月5日—4月5日，独立储能电站通过现货市场交易日均促进负荷削峰260 MW，低谷期间消纳新能源日均超过5.5 GW·h。独立储能设施市场交易机制逐渐完善，将对能源转型发挥突出作用。

4  结语本文讲述了山东省独立储能参与市场的盈利模式，重点介绍了独立储能参与电能量现货市场交易机制设计和试运行情况。作为实现独立储能参与现货市场的省份，山东提出了基于自调度模式的独立储能现货市场交易机制。试运行情况表明独立储能运营商在现货市场中申报策略日趋成熟，收益呈增长趋势，同时独立储能在缓解高峰电力紧张和促进新能源消纳方面发挥了重要作用。与此同时，从实践情况来看，独立储能调节优势有待进一步发挥，要进一步为投资者提供长期稳定收益，不利于引导投资。为此，亟待研究与独立储能相配套的中长期市场机制，形成可量化收益评估模型，以激励更多的市场主体投资独立储能。

（责任编辑　杨彪）

作者介绍

关立（1986—），男，硕士，高级工程师，从事电网调度运行、电力市场建设研究，E-mail：[e-mail];

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周蕾（1992—），女，通信作者，硕士，工程师，从事电力现货市场运营研究，E-mail：[e-mail].

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编辑：于静茹

校对：张重实

审核：方彤

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