原CAISO工程師劉云仁：美國加州電力市場中的儲能發(fā)展情況

原美國加州獨立系統(tǒng)調(diào)度中心主任(CAISO)、市場設(shè)計工程師劉云仁

2019年五月18-二十日，中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟、我國科學(xué)院工程熱物理研究所舉辦“ESIE2019儲能國際峰會暨展覽會”，原美國加州獨立系統(tǒng)調(diào)度中心主任(CAISO)、市場設(shè)計工程師劉云仁在會議上發(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，原美國加州獨立系統(tǒng)調(diào)度中心主任(CAISO)、市場設(shè)計工程師劉云仁介紹了美國加州電力市場中的能量存儲(系統(tǒng))。

以下為發(fā)言實錄：

原美國加州獨立系統(tǒng)調(diào)度中心主任(CAISO)、市場設(shè)計工程師劉云仁：

謝謝大會邀請我來跟大家分享一下儲能參加加州電力市場的經(jīng)驗。剛才清華大學(xué)的鐘教授已經(jīng)對儲能參加電力市場和加州的儲能應(yīng)用已經(jīng)做了很好的介紹，我現(xiàn)在只是做一點補充。

加州是美國人口最多的一個州，面積第三大，大家都知道加州是在美國是非常發(fā)達，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)也是在全美國占領(lǐng)先的地位，包括旅游也是非常先進的。

所以在電力工業(yè)改革的問題上，加州也是領(lǐng)先世界的潮流。所以在儲能參加電力市場這個問題上，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，其實儲能最開始在參加電力市場，最好、最多的途徑是以調(diào)頻的方式進入電力市場。為何呢?因為儲能，特別是電池儲能有非常好的反應(yīng)，反應(yīng)時間非?？?，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，但是儲能不光是能夠參加調(diào)頻，它在其他的電力市場各個領(lǐng)域、各個方面都可以參加。但是重要取決于儲能的時間特性，它根據(jù)時間來分，假如在一分鐘之內(nèi)，幾秒鐘之內(nèi)的短時間儲能，可以減輕頻率的波動問題，可以改善電能的質(zhì)量，這是最短的，一般來說1分鐘-15分鐘應(yīng)用是最廣泛的，這個重要改變調(diào)頻，還有運行備用，應(yīng)用最廣泛的在這一點。

15分鐘-60分鐘的時段，重要是用于運行備用、附加能量調(diào)度。運行備用，雖然國內(nèi)有8個輔助服務(wù)市場已經(jīng)開始運行，但是我沒有看到一個真正把運行備用當做一個產(chǎn)品，進行購買或者進行補償?shù)?，這個是非常重要的運行備用，后面我還會講到這個問題，運行備用是最重要的輔助備用之一。

1小時-4小時，負責(zé)負荷跟蹤，在加州市場或者電力市場，每小時有小時的發(fā)電計劃或者負荷計劃，負荷計劃兩個小時之間會有差異，是以小時來算。這兩者之間有差異，假如跟蹤這兩個小時之間的差異，就要運行備用。

4小時-24小時之間，重要用抽水電站，作為峰谷的調(diào)節(jié)、能量轉(zhuǎn)移，低谷的時候抽水、高峰時候放水發(fā)電，這個就參加日前能量市場，前面都是參加輔助服務(wù)市場，當然也參加實時能量市場，但是4小時-24小時這種長期的儲能裝置重要是參加能量市場，幾天的也是參加能量市場，參加技術(shù)組合。我們加州沒有容量市場，在別的州，儲能裝置也能作為容量市場的產(chǎn)品，保證負荷所要的容量儲備。所以參加市場重要是根據(jù)儲能的特征，重要是由儲能時間、充放電所要的時間來決定它哪一部分市場，

美國對儲能參加電力市場還是比較重視，最近在去年二月份FERC公布了Order841命令，命令要求ISO/RTO，美國一共有7個這樣的組織。但是這7個組織有點怪，不屬于FERC管，他自己是一個機構(gòu)。我下面講FERC的841命令對德州不管用的，德州有自己的政策?！?41”的精神就是要求各個ISO/RTO要修改自己的市場規(guī)則，要掃清儲能裝置參加電力市場的障礙，促進儲能裝置參加電力市場供應(yīng)方便?！?41”具體的要求就是有下面這幾點：

所有儲能裝置，電網(wǎng)儲能裝置，剛才鐘老師含義的，電網(wǎng)能夠調(diào)度的這些儲能裝置直接連在電網(wǎng)上的。所有的能量、容量、輔助服務(wù)都可以供應(yīng)，可以參加電力市場競爭。它要制訂關(guān)于各種儲能裝置參加電力市場要什么參數(shù)，要什么要求，市場要比較明確的的含義出來。

最小尺寸不能小于100千瓦或者0.1MW，這個為配網(wǎng)的儲能裝置進入市場留有余地，現(xiàn)在實際上還沒有做到這一點，一般要求都在一個兆瓦以上，因為這里面有個問題，假如只有0.1兆瓦，我相信所有的優(yōu)化程序里邊的最小值，這一點技術(shù)有困難，真正要實現(xiàn)配網(wǎng)進入電力市場，配網(wǎng)小的儲能裝置要進入市場，可能得打包，我們系統(tǒng)不可能處理那么小的。因為在里邊軟件的極限就是0.1MW，再小的就算不下去了，這個是一個挑戰(zhàn)。

另外，儲能裝置要能夠被調(diào)度，既可以作為買方，也可以作為賣方在批發(fā)市場進行交易，最后按照批發(fā)市場的價格進行結(jié)算。充電的時候，按照發(fā)電的邊際電價支付顛覆，相當于負荷，按照節(jié)點電價支付電費。放電的時候要得到補償。

FERC要求，去年十二月3號以前向FERC供應(yīng)執(zhí)行“841”號命令的計劃，在這6個ISO/RTO當中，從這張圖可以看出，這是FERC做的評估，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，紅的是表示不達標，加州所有都達標，從這點來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。

加州為何會做的最好?加州從市場開始第一天，我們就有儲能裝置了，但是當時重要的儲能裝置重要是抽水儲能，在市場模型里面就有抽水儲能這種資源的形式，像發(fā)電機負荷專門有一種，抽水儲能我把它當做發(fā)電資源進入市場模型的，抽水儲能抽水的時候是當負荷用，但是我是按照發(fā)電機的模型進入市場的，發(fā)電機有負的發(fā)電用量，所以是負荷。在發(fā)電的時候，就是正規(guī)的水電發(fā)電機，所以我們原來就有儲能模型在里面了。把其他的儲能裝置納入市場，在加州來說市場模型不要太大的修改，很容易就做到。

另外加州在促進儲能進入市場起步比聯(lián)邦還要早，早在2010年加州就通過了州里面的法案，就是AB2514，這個法案就是為儲能裝置進入市場掃清障礙、供應(yīng)便利，而且設(shè)立了，應(yīng)該是2020年達到132.5萬MW的抽水儲能，不包括抽水儲能，抽水儲能重要還是鋰離子電池，還有一種流動電池，具體的技術(shù)我不懂，反正是最新的一種方式。

從2016年開始，加州為了促進儲能參加加州市場，加州就分四個階段提出了市場改進的措施，這四個階段現(xiàn)在已經(jīng)完成了兩個階段，第三個階段正在進行，具體的大家可以看我的PPT，我就不講了。

現(xiàn)在儲能裝置作為所有的儲能形式進入加州市場，加州市場專門幫它含義了一種資源模型，叫做NGR非發(fā)電資源，NGR跟發(fā)電機不一樣，他是可以從負到正進行的一種資源，可以在整個容量范圍，比方從充電到放電，從負到正，他可以持續(xù)的調(diào)度到任何水平。

第二，儲能裝置都有一個最大的能量限制的要求。最大的能量限制，就像手機電池，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限制，你不能一直充電充電，充滿了就不充了。其實這個發(fā)電機我們在市場模型上也有限制，它能夠產(chǎn)生電能，也能夠作為需求側(cè)去響應(yīng)的負荷，在需求側(cè)減它的負荷，可以作為補償發(fā)電這邊。

另外，可以發(fā)電，所以通過這樣的模型，ISO就為儲能資源參加加州電力市場供應(yīng)了跟其他的資源平等的機會。

NGR有下面這些特性，實際上它的模型比一般的發(fā)電機組還簡單，它沒有啟動成本，也沒有關(guān)機成本，也沒有最小負荷成本或者轉(zhuǎn)換成本，它的市場報價不像發(fā)電機，發(fā)電機在加州市場，在能量市場是可以報10段，不同的容量和價錢，你可以報11對，實際上報10段，但是儲能價值只有兩個價，充電多少錢，或者放電多少錢。不過儲能裝置，按照我的觀察他們在報價的時候基本上都是零報價，零報價保證他參與市場，他肯定中標，因為他的運行成本很低，投資成本現(xiàn)在不講，他另外有政策。作為市場，他既然跟其他的資源一道進入市場參加競爭重要是靠報價，他們基本上用的零報價。這是NGR的特點，NGR有爬坡出力的問題，根據(jù)容量來說，爬坡出力都是比較大的，比較好的。他可以充電和放電的時候可能有不同的爬坡出力，這是簡單的模型，詳細情況因為時間關(guān)系不詳細講。

NGR可以供應(yīng)能量和輔助服務(wù)，各種輔助服務(wù)。NRG根據(jù)我的觀察，除掉抽水儲能，它可以用于調(diào)峰，用于能量計劃，抽水儲能時間長。但是電池重要就是用在調(diào)頻上，舉兩個例子，調(diào)頻市場的模型，5個電池參加市場，充電時間可以是15分鐘或者放電可以放15分鐘，但是放電功率是有10MW，因為5個電池，在15分鐘放電放完或者充電充滿，充電功率是20MW，參加市場報價就報20M。哪怕日前市場在購買輔助服務(wù)，我是購買這20MW，但是15分鐘，我就算它有20個MW參加了日前市場。為何?調(diào)頻這點跟國內(nèi)可能有些不太一樣，調(diào)頻服務(wù)是一個非常短暫的服務(wù)，是在幾秒鐘到幾分鐘，最多15分鐘之內(nèi)用的，我不能超過太長，一個調(diào)頻機組不可能一直讓它不斷的往上調(diào)，很快就會把它消耗光。所以調(diào)頻服務(wù)必須配有運行備用作為作為補充。調(diào)頻是自動執(zhí)行的，但是調(diào)頻往上調(diào)的時候，同時我的調(diào)度軟件就要調(diào)度另外一些機組的備用，把運行備用補上去，把調(diào)頻釋放出來。把調(diào)頻釋放出來，永遠調(diào)頻處于最佳的工作狀態(tài)，這樣的話，調(diào)頻才能真正達到目的。國內(nèi)好像沒有意識到這一點，按照國內(nèi)的市場，所以他購買了調(diào)頻，他就按照一小時我要調(diào)頻，這樣他就過多的購買了，根本就沒有必要，調(diào)頻是15分鐘之內(nèi)，我不能用完，在15分鐘之內(nèi)我通過調(diào)度別的機組把調(diào)頻釋放出來。所以，在算容量的時候，我要按照4倍的容量報價進入市場，往下調(diào)也是一樣的道理。

關(guān)于儲能，雖然我40年前在北京工作的時候我是研究出身，我在中科院電科研究所出來的，基本上我出去以后就沒干儲能了，我就回到電力系統(tǒng)搞電力市場了。儲能其實我是外行，我是在這兒跟大家學(xué)習(xí)。但是關(guān)于輔助服務(wù)市場，我可以說我是比較有心得體會的，我做了十多年的輔助服務(wù)市場。加州的輔助服務(wù)市場很多從設(shè)計、執(zhí)行和運行，基本上我都參加，我都是重要的做貢獻的人所以我對國內(nèi)的輔助服務(wù)市場比較關(guān)心、比較關(guān)注。我在這方面寫過很多小文章，大篇的文章也寫過一些，我覺得國內(nèi)的輔助服務(wù)市場有很多不足的地方。

首先關(guān)于輔助服務(wù)的含義，比起英文來說中文確實不是很精確，比如調(diào)峰應(yīng)該屬于能量市場，不應(yīng)該屬于輔助服務(wù)市場，調(diào)峰國內(nèi)老要加一個輔助服務(wù)，這個東西好像從名詞上說不過去，但是我要了解，因為國內(nèi)是為了解決他調(diào)峰的問題，大家又沒有電力市場，國家又已經(jīng)批準開放輔助服務(wù)市場，我理解是這個意思。實際上大家都有共識，調(diào)峰不屬于輔助服務(wù)，假如有現(xiàn)貨市場或者調(diào)度機構(gòu)比較厲害，完全不要調(diào)峰，你可以通過計劃安排去安排峰谷的發(fā)電，去進行補償，不應(yīng)該叫調(diào)峰輔助服務(wù)市場，你可以直接叫調(diào)峰市場，我沒意見。第二個，輔助服務(wù)市場一定要跟實時市場、實時調(diào)度配套，同步進行，假如沒有實時服務(wù)、實時市場調(diào)度，因為輔助服務(wù)重要是為實時運行供應(yīng)保障的，所以假如你搞輔助服務(wù)市場最好跟實時市場、實時現(xiàn)貨市場同步進行。

剛才李總講到，輔助服務(wù)的補償機制是很不健全的，按發(fā)電側(cè)來補償，國際上沒有先例，國際都是按負荷分擔(dān)，因為負荷享受著穩(wěn)定的電網(wǎng)，按照負荷比例分擔(dān)。他是按照發(fā)電側(cè)來分擔(dān)就非常不充分，最新的資料2018年，包括西北是補償最多的，但是補償費用當中很大比例是調(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，美國加州，我統(tǒng)計2018年的數(shù)據(jù)，那是去年做的，加州的輔助服務(wù)是占總的補償費用的3.3%，比它大得多，而且還不包括在能量執(zhí)行市場當中調(diào)度輔助服務(wù)市場的那部分，只是輔助服務(wù)容量。輔助服務(wù)的補償分兩部分，一部分是容量，你在日前市場上承諾我要供應(yīng)多少輔助服務(wù)，我就得到一部分補償，這部分到了實時市場不管用不用，我都可以得到。但是假如我調(diào)用到你了，你沒執(zhí)行我的調(diào)用或者執(zhí)行當中偏差太大，那我就要懲罰。當我調(diào)用到你，那部分調(diào)用的能量還有第二次的補償，還不包括第二次調(diào)用能量的補償，加州就占3.3%，所以促進了，因為有比較合理的補償，激勵了很多機組，特別是一些比較老的機組，發(fā)電效率比較低的機組，他們轉(zhuǎn)向輔助服務(wù)市場，我供應(yīng)輔助服務(wù)市場，我憑我的容量拿一份錢。但是到時候?qū)崿F(xiàn)承諾了，我還能拿一份錢。所以國內(nèi)在輔助服務(wù)市場方面存在著很多很多的不足，我覺得還大有改進的余地。但是最重要的一點，所謂參加輔助服務(wù)市場，一定要跟實時市場同步進行，單獨搞一個輔助服務(wù)市場沒有意義，一定要跟調(diào)度連在一起。因為輔助服務(wù)，我把他買來，承諾好是為了實時用的，沒有實時市場的話，空談。