储能型虚拟电厂参与国外电力市场的报价收益方式及对中国的启示思考

摘要：在能源转型的大环境下，为面对新能源带来的各种挑战，储能型虚拟电厂被认为是应对新能源带来挑战的重要手段之一。作为储能产业链龙头国家，中国积极探索储能产品市场化推广渠道。为解决当前储能收益不足的困境，梳理了较为典型的国外市场中储能参与市场方式及策略，包括主能量市场、辅助服务市场和容量市场等多个方面，给出了具备可实施性的市场组织方式，并结合中国国情和电力工业市场化推进力度，为我国未来储能型虚拟电厂参与电力批发市场提出建议。关键词：电力批发市场；储能型虚拟电厂；市场策略；主能量市场；辅助服务市场0

引言随着“双碳”目标的确立，可再生能源蓬勃发展，给电力系统的稳定运行带来了极大的挑战，储能技术的发展拓宽了电力系统实现供需平衡的途径，对于未来新型电力系统具有重要作用。由于存在数量较多的小容量储能，导致电网无法对所有储能进行有效的调度。虚拟电厂是依托现代化智能控制技术，将分布式电源、储能与可调负荷聚合的协调管理系统。可以采用虚拟电厂的方式实现储能的优化调度。中国作为储能产业链龙头国家，涌现了宁德时代、亿纬锂能、派能科技等一大批制造企业，虽然储能产能丰富，但从上述企业年报来看，它们近几年营收增长主要集中在海外市场。储能作为能量有限性资源和双向调节资源，在大规模接入的情况下，其充放电安排将影响到市场出清结果，对市场成员的竞争将产生巨大的影响，以往面向传统机组和负荷设计的市场参与方式并不能很好地适应大量储能参与的情况。文献对储能的特性进行了分析，并介绍了储能参与现货市场存在的问题。文献研究了美国储能参与现货市场的方式，并分析了其对市场收益的影响。文献分析了国内外储能在调频、调峰等市场的应用情况，指出储能具有良好的市场前景。文献分析了在虚拟电厂中引入储能设备，有效提高了虚拟电厂的灵活性和可靠性。文献针对澳大利亚虚拟电厂发展状况，分析了储能的充放电策略将影响到虚拟电厂响应现货市场价格和辅助服务需求的能力。针对中国储能产能能力和利用程度错配的现状，有如下问题值得思考：①自《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》（中发〔2015〕9号）发布以来，电力市场化改革日益进入深水区，就储能发展来看，需要了解阻碍储能社会投资积极性的具体原因；②欧美成熟市场中储能是否就是通过价差套利获得收益，它们是否还有其他收益获取办法，从实施层面来看需要了解这些具体的做法；③基于国情现状，中国在拓展储能收益获取方式方面，尤其是储能型虚拟电厂方面，所需要了解的值得探索和借鉴的国外经验。因此，本文主要对国外一些典型市场进行研究，梳理国外典型的储能参与电力批发市场方面的市场机制，并对其特点进行对比分析，根据不同特性储能提出相关建议。在此基础上，结合中国电力批发市场发展现状，对中国储能型虚拟电厂参与电力批发市场提出相关建议。1中国当前储能收益堪忧从储能产业链角度，中国的芯片制造、运维管理等多个层面已经在世界智能制造领域占据绝对优势，涌现出一批类似宁德时代、比亚迪等龙头生产企业。根据中关村储能产业技术联盟（ChinaEnergyStorageAlliance，CNESA）储能项目库的不完全统计，截至2022年年底，中国已投运的储能项目装机规模达59.8

GW，占全球储能市场装机总规模的25%，2022年新增投运的储能项目装机规模达到16.5GW。但储能企业营收增长却是海外市场贡献最大，宁德时代、亿纬锂能、派能科技等企业在2022年营收增长100%，部分企业海外市场占比超过90%。对于储能产业的长远健康发展，需要更多的市场政策的驱动。2022年，国家发展和改革委员会、国家能源局发布了《关于进一步推动新型储能参与电力市场和调度运用的通知》（发改办运行〔2022〕475号），进一步明确了储能的市场主体地位，通过建立和完善电力市场交易规则以及运营机制，推动储能参与各类电力市场。地方政府根据国家的政策文件，并结合地区经济和产业特点出台相应的储能政策，中国各省（区）的储能政策汇总如表1所示。这些为储能产业的发展提供了良好的政策基础，为未来储能全方位参与电力批发市场创造了条件。以山东为例，相较于其他省（区），山东对于储能参与现货市场政策推进力度很大，主要从容量补偿、现货市场价差2个方面获利。容量补偿方面按储能月度可用容量补偿标准的2倍计算，即使拥有如此高额的容量补偿费用，也仅仅占到了储能总投资的2.2%；从现货市场价差方面，虽然山东现货市场价差最高超过1500元/MWh，但其持续时间小于15min，而持续时长达到小时级的电价差区间基本在600元/MWh，且由于新能源大规模接入，现货市场价格呈现中午低、晚上高的特点，使得原本两充两放提高收益的方式不具备实施条件，对于小时级集中型储能电站想要从现货市场价差中获取足额收益非常困难。因此，针对中国储能国内产能大，但盈利空间不足从而导致大量制造企业不得不开拓海外市场，究其原因主要差距在于美国、欧洲、澳大利亚等拥有更成熟的储能参与现货市场机制，其共性特征在于建立了公平的市场竞价机制，让储能主体在自由市场中获得商业利益。随着复杂国际环境和政治格局的构建，有必要充分挖掘国外在储能成熟市场，尤其是设计多样性电力市场交易产品方面的国际经验，为中国未来构建自力更生的全国统一大市场进行技术储备。2国外储能参与主能量市场方式及策略2.1储能主能量市场参与方式主能量市场主要是进行发电商和负荷之间的电能量交易，由于储能的充放电特性，储能可以作为发电商或者负荷参与主能量市场。基于储能的特性，不同的市场对于储能的报价方式有不同的要求，其中主要包括报量不报价、报量报价和全调度等方式。表2对储能参与主能量市场的报价方式进行了比较，主要包括美国宾夕法尼亚-新泽西-马里兰州（Pennsylvania-NewJersy-MarylandInterconnection，PJM）、美国加州独立系统运营商（California

IndependentSystemOperator，CAISO）、美国得州电力可靠性委员会（ElectricReliabilityCouncilofTexas，ERCOT）等市场。2.2储能主能量市场参与策略研究在储能参与主能量市场策略方面，储能以主能量市场收益最大化为目标，通过策略性报价获取更多的电能量收益。由于在全调度的方式下，储能不进行报量报价，其无法通过自身报价来影响自身收益，因此，以下主要针对报量不报价、报量报价2种方式进行讨论。1）储能以报量不报价的方式参与市场。储能的报量不报价是指只申报电量而不申报电价的投标方式，即申报每个时段的充放电功率，如图1所示。文献介绍了储能运营商根据市场预测电价，以自身收益最大化为目标，确定储能的出力曲线，并通过申报储能充放电功率的方式参与电能量市场。图1

储能报量不报价方式示意储能报量不报价的方式主要应用于储能发展初期阶段容量较小时，给以储能运营商更大的灵活性且作为价格的接收者，储能运营商可以更加灵活地确定各个时段的充放电计划，同时保证了充放电计划的可行性。在这种方式下，储能运营商需要对市场电价预测提出了较高的要求，若市场预测电价存在较大的偏差，会造成储能的收益损失。对于储能运营商而言，其考虑的策略主要包括基于对未来24

h预测电价进行优化、基于历史电价生成电价概率函数进行优化等方式。2）储能以报量报价的方式参与市场。储能的报量报价是指一种同时申报电量和电价的投标方式，即通过申报电量-电价曲线的形式参与电能量市场。在这种报价方式下，储能运营商需要提交充放电报价以及储能的物理参数，由市场组织者根据市场出清模型确定储能的充放电计划，并根据出清电价获得相应的收益。但是在国外不同的市场模式中，报量报价的方式存在一些差别。（1）储能申报价差的方式。储能可以提交价差报价来参与市场，如图2所示，储能需要在批发市场中申报上下2条价格限值，当批发市场出清价高于其申报的放电价格时储能放电，反之批发市场价格低于其申报的充电价格时储能充电。文献根据储能充放电成本提交充放电价差报价，储能需要申报一个充电价格、一个放电价格以及储能的物理约束，参与市场的优化出清确定储能的出力计划。图2

储能申报价差示意（2）储能申报工作状态及充放电价格的方式。在PJM的市场模式中，储能可以选择以储能资源参与模式（energystorageresourceparticipationmodel）的方式参与市场，其需要储能提交充放电报价以及储能每个时段所处的充放电状态，如图3所示。储能运营商对于工作状态的确认，其主要通过对于市场电价的预测来选择更有利于实现自身利益最大化的申报方式。图3

储能申报工作状态及充放电价格示意（3）储能申报充放电价格的方式。在CAISO的市场模式中，储能可以选择以非发电资源（non-generatingresource，NGR）的方式参与市场，储能运营商需要申报充放电报价和储能物理参数，其中包括储能荷电状态约束和始末荷电状态，储能申报充放电价格示意如图4所示。图4

储能申报充放电价格示意根据CAISO制定的储能和分布式能源（energystorageanddistributedenergyresources，ESDER）发展计划，在最新的第四阶段，对于储能资源末尾时刻的荷电状态，储能运营商可以申报一个荷电状态范围，但仍需要遵守储能的能量状态约束。文献中考虑了优化储能末尾的荷电状态约束，这有利于提高储能资源的灵活性，提高储能运营商的收益水平。对于储能的充放电报价，储能可以基于储能成本特性确定，也可以通过策略性报价确定。文献提出了在CAISO市场中储能充放电报价模式下，储能的成本需要考虑放电成本、储能退化成本和机会成本。文献基于储能退化成本，利用深度强化学习建立储能的竞价策略。文献基于储能的充放电报价，通过随机规划和鲁棒优化等算法，确立了储能的最优报价策略。3国外储能参与辅助服务市场方式及策略辅助服务市场是保障电网安全、提高电能质量的重要一环，由于储能良好的调节特性，其被广泛应用于调频、爬坡、惯量和快速频率响应等辅助服务中。表3对国外市场不同类型辅助服务进行了总结，主要包括PJM、CAISO、美国中西部地区（MidcontinentIndependentSystemOperator，MISO）等市场。在市场策略方面，辅助服务市场以提供高效的调节能力为目的，储能主要通过提供多类型辅助服务市场获取收益。因此，对于储能运营商而言，需要根据其自身运行特性以及实际需求制定不同的市场参与策略，提供不同的辅助服务来提高自己的收益水平。如PJM管辖的区域可再生能源占比并不高，并且有较为成熟的辅助服务市场机制，储能项目主要为功率型储能，应用于调频服务；但与PJM相对照的则是CAISO管辖区域相比，储能可以提供调频、备用等辅助服务，其原因在于加州的新能源占比较高，需要储能来平抑新能源出力波动，储能可以选择更多的参与方式获取收益，而不仅仅是通过提供调频服务；随着英国电网对于光伏、风电等新能源的依赖程度加大，需要调用更多的灵活性资源对系统进行有效调节，英国市场引入了更加快速的动态产品，由于动态产品要求调节资源在1s内响应，目前英国市场中提供快速调节的资源主要是电池储能；澳大利亚为应对新能源带来的低惯量问题，在现有的辅助服务市场的基础上，考虑引入惯量服务，而储能可以快速地提供惯量支撑。4国外储能参与容量市场方式及策略容量市场是典型的容量充裕度机制，以市场竞争的形式对机组中标容量给予一定的补偿，在美国PJM和英国的容量市场中，储能都被认可为参与主体。容量市场基于可靠性准则，通过容量可信度对各市场主体对于可靠性贡献进行评价，从而根据各市场主体的容量可信度进行定价。储能参与不同的容量市场总结如表4所示，主要包括PJM、美国纽约州（New

YorkIndependentSystemOperator，NYISO）、美国新英格兰州（IndependentSystemOperatorofNewEngland，ISO-NE）以及英国市场。储能作为能量型的资源，在容量市场中为了将其能量型特征转化为容量型，不少容量市场运营机构都引入了持续放电时间这一概念，并将最大放电功率作为储能的容量。持续放电时间不同的储能容量可信度具有明显的差异，因此在容量市场中通常便以持续时间区分不同的储能资源。英国的容量市场拍卖提前4年或1年举行，主要包括

T−4和T−1容量拍卖。T−1容量拍卖的合同期是1年，T−4容量拍卖的合同期最长为15年。由于合同期较长，具有更加稳定的收益来源，储能运营商更多选择T−4。在英国容量市场中，通过降级因子评估储能资源的可靠性，最小放电时间越长，储能资源的降级因子越大。英国监管机构也在不断修正储能资源容量的评估方式，对储能资源的容量可信度进行有效评价。近年来，PJM容量市场也在考虑利用ELCC评估储能的容量价值，NYISO根据储能最长放电时间计算分段容量系数，ISO-NE则考虑利用不同的容量价值评估方式。在市场策略方面，容量市场以可靠性为目标，因此储能在容量市场的策略主要也是围绕可靠性所提出的一些策略，从而在容量可信度评估中得到更高的值，以得到更多的容量补偿。所考虑的调度策略包括最小化失负荷小时数，最小化各时刻最大失负荷电量等，采取这种策略的原因在于系统调度机构以可靠性贡献作为评判储能容量价值的标尺，对于同样电量容量和功率容量的储能设备，文献提出了一种储能协调运行的方法，使得其采用文中提出的调度策略能够获得更低的失负荷小时数。5对中国储能型虚拟电厂参与批发市场的启示思考在能源转型的大背景下，可再生能源给电力系统稳定运行带来了极大的挑战，同时中国各省（区）也在探索电能量市场、辅助服务市场和容量市场的全套市场体系，并随着储能的快速发展，有必要考虑储能型虚拟电厂参与电力批发市场的适配性问题。国外储能参与批发市场的经验对中国有很多启示思考。1）设计合理的储能型虚拟电厂准入门槛。根据中国国家和地方的储能政策，大多数省（区）都已经明确了储能市场主体地位，储能参与电能量、辅助服务市场的参与度快速提升。参考美国的储能准入门槛为0.1

MW，而对于中国储能可以参与市场的省（区），山东为5

MW、广东为2

MW、新疆为5

MW，其对于储能的准入门槛要求较高，不利于小容量的储能参与市场。因此，有必要适时降低储能的准入门槛，为小容量储能参与市场创造条件。2）探索储能作为输电资产的可行性。中国幅员辽阔，用电主要集中在东部沿海地区，发电主要集中在西部内陆地区，两者之间的不匹配问题极大地加剧了中国对于电能量输送的需求，由于输电线路存在阻塞问题，而储能具有延缓输电线路投资、可靠性高等优势，有必要考虑储能作为输电资产的应用价值，美国PJM、CAISO、MISO等市场都开展了储能作为输电资产的研究。其中，MISO将储能与其他输电资产一起纳入输电线路规划中，储能可以通过输电设备成本回收机制获得稳定的收益；CAISO考虑了储能作为发电资产和输电资产如何实现收益公平的模式，作为输电资产基于输电成本获得部分收益，同时参与批发市场获取收益，两者可以同时进行，但是不能进行双重收费。因此，结合中国的能源背景以及现阶段储能收益并不乐观的情况，适时考虑储能作为输电资产获取收益的方式，利用电网公司的规划进行优化配置，并通过输电成本回收机制为储能提供收益保证。3）探索适用于中国的储能型虚拟电厂补贴政策。浙江温州梅屿100MW/200MWh电化学储能电站项目是国内首个以大容量集中式储能电站为主体的虚拟电厂，储能型虚拟电厂具有良好的商业前景。但是现阶段中国电力市场化机制尚不成熟，储能的收益水平并不高，阻碍了储能的投资建设。如广东、湖南等省主要通过新能源配储和参与调峰市场获取收益，但储能在实际运行过程中调用率较低，多数时候为一充一放甚至出现不调用的情况，这极大地降低了储能运营商效益。参考美国市场的成功经验，如加州对分布式能源及储能进行自发电激励项目（self-generationincentiveprogram，SGIP）补贴，叠加投资退税政策（investmenttaxcredit，ITC），加州储能产业发展迅速。2022年美国众议院批准了通货减免法案（inflationreductionact，IRA），该法案提出了对新能源及储能项目的新税收抵免，在原有30%的ITC的税收减免的基础上，对于满足要求的储能项目将获得额外的10%税收减免，这都为储能的发展提供了良好的政策支持。因此，对于中国而言，有必要结合当前储能发展现状，探索研究可行的储能补贴政策，以国家政策为主导，推动储能产业的发展。4）探索储能型虚拟电厂参与多市场的市场策略。相较于抽水蓄能，新型储能（主要为电化学储能）具有很多不同的物理和运行特性，如放电时长较短、充放电循环寿命和充放电深度等特性。在美国成熟的市场环境下，电化学储能可以选择多种方式参与现货市场，在报量报价的方式下考虑储能的成本特性，其中包括充电成本、储能退化成本及机会成本，并确定储能的边际成本进行报价。中国仍处于现货市场建设阶段，首先考虑储能以报量不报价的方式参与现货市场，随着储能成本下降以及市场建设的完善，再采取更为多样的市场参与方式。中国现阶段的辅助服务市场主要包括调峰、调频2种辅助服务类型，国外的辅助服务类型则更为精细，在国外成熟的现货市场中，储能60%~70%的收益来自辅助服务市场，中国目前的储能收益主要来自峰谷套利。随着中国辅助服务市场的建设，惯量、快速频率响应等新型辅助服务的引入为储能参与辅助服务市场提供了更多的选择，储能通过提供多辅助服务类型获取收益的比重将逐步上升。在未来的市场建设中逐步实现多类型市场持续完善、有效衔接融合。5）制定合理的储能型虚拟电厂发展规划。截至2022年年底，中国风电、光伏发电装机规模达到7.6亿kW，占总装机量的30%，能源低碳绿色转型不断加速。新能源出力短时内的波动特性对于系统频率稳定产生较大的影响，电化学储能、飞轮储能等响应特性好的储能可以提供较好的调频服务。此外，以新能源占比较高的美国加州为例，其光伏装机量很大，并随着光伏发电量的上升，白天的净负荷减少，而在日落之后净负荷急剧上升，这也造成了净负荷趋向于“峡谷曲线”。相较于“鸭子曲线”，这对电力系统平衡功率提出了更高的要求，系统在日落之后需要快速部署发电机组来应对净负荷的急剧变化。在