丁 濤，孫嘉瑋，黃雨涵，穆程剛，黃文淵，耿思敏

（1.西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，陜西省西安市 710049；2.中國電力科學(xué)研究院有限公司（南京），江蘇省南京市 210003）

0 引言

隨著“雙碳”目標(biāo)的提出和中國新一輪電力體制改革的建設(shè)，可再生能源滲透率提高和傳統(tǒng)化石能源機(jī)組退出帶來的電力長期充裕性問題亟待解決。因此，中國在建立容量市場時有必要充分考慮儲能資源的特性，探索儲能資源參與容量市場的合理路徑。

儲能資源類型豐富，可以在電網(wǎng)中發(fā)揮削峰填谷、促進(jìn)新能源消納和容量支持的作用，在新型電力系統(tǒng)中將擔(dān)當(dāng)重任［1-4］。近年來，儲能產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展離不開國家的大力支持。2022 年，由國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)的《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》［5］中，明確提出要加快推進(jìn)電力中長期交易市場建設(shè)進(jìn)度，推動儲能作為獨(dú)立主體參與各類電力市場。

盡管近年來中國積極推動儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，多地加大峰谷價差，但現(xiàn)階段的國內(nèi)儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍面臨著獲利不足的問題，當(dāng)前基于可變成本的電力市場鮮有體現(xiàn)儲能資源容量特性的部分。此外，儲能裝置受其自身荷電約束的影響，能夠提供穩(wěn)定充放電的時間有限，在容量價值評估等方面與常規(guī)機(jī)組存在著顯著差異［2，6］。同時，中國的容量機(jī)制建設(shè)起步晚、尚處于萌芽階段，學(xué)術(shù)界對于儲能資源參與容量市場建設(shè)的討論相對有限，國內(nèi)容量機(jī)制在建設(shè)過程中必然面臨著諸多風(fēng)險與挑戰(zhàn)。因此，在借鑒國際經(jīng)驗基礎(chǔ)上，立足中國國情，建立合理的容量機(jī)制從遠(yuǎn)期對儲能資源進(jìn)行容量費(fèi)用補(bǔ)償，既可以幫助儲能產(chǎn)業(yè)回收固定投資成本，為投資者提供合理的價格信號，又可以避免尖峰電價回收模式對供電可靠性造成的威脅，從而為保障高比例新能源下電力系統(tǒng)整體發(fā)電資源的充裕性、電源結(jié)構(gòu)的合理性提供切實有效的途徑。

容量機(jī)制能夠保障發(fā)電容量的充裕性，并解決電能量市場基于邊際成本競價而導(dǎo)致發(fā)電企業(yè)難以回收固定投資成本的問題，在世界上多個國家和地區(qū)［7-14］有著良好的實踐。典型的容量機(jī)制有戰(zhàn)略備用機(jī)制、容量補(bǔ)貼機(jī)制［15-19］、稀缺定價機(jī)制［20-21］、容量市場機(jī)制［6，14］、可靠性期權(quán)機(jī)制［22-23］等。同時，文獻(xiàn)［24-25］對已有實踐的不同容量機(jī)制的特征和優(yōu)缺點等進(jìn)行了系統(tǒng)的梳理和總結(jié)。

學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為，中國容量機(jī)制建設(shè)的方案是初期采取容量補(bǔ)貼方式、遠(yuǎn)期建設(shè)容量市場［18-19，26］。目前，全國已有11 個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）擬建立容量補(bǔ)貼機(jī)制，山東［27-29］、廣東［30-31］2 個省份已有具體的容量補(bǔ)貼政策可供參考，但整體而言，中國的容量機(jī)制建設(shè)仍處于探索階段。因此，有必要汲取國外容量機(jī)制的實踐和研究經(jīng)驗，探索適合中國國情的容量市場建設(shè)道路。

本文從多角度對儲能參與容量機(jī)制的國內(nèi)外研究和現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)研分析，旨在分析未來儲能參與中國容量市場可能面臨的風(fēng)險與挑戰(zhàn)，并在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)制設(shè)計等方面提供一些思考。

1 儲能參與容量市場的國內(nèi)外研究

儲能參與容量市場是保障電力安全經(jīng)濟(jì)供應(yīng)的重要途經(jīng)，是學(xué)術(shù)界討論的熱點話題。當(dāng)前，學(xué)術(shù)界的關(guān)注點主要在儲能參與容量市場的重要性、儲能的容量核定、容量市場出清模型的設(shè)計及儲能的容量費(fèi)用疏導(dǎo)問題上。

1.1 儲能參與容量市場的重要性

在新能源高比例滲透的背景下，儲能的參與對提升容量市場運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)性、可靠性具有重要意義。一方面，儲能的參與可以擴(kuò)大可行域范圍，節(jié)約系統(tǒng)在相同可靠性下的運(yùn)營成本；另一方面，儲能可以作為容量支撐電源部分替代常規(guī)電源，提升系統(tǒng)的供電可靠性。文獻(xiàn)［32］分析了儲能資源和需求側(cè)響應(yīng)（demand side response，DSR）資源對系統(tǒng)容量需求的價值，表明儲能資源的參與可以使系統(tǒng)在達(dá)到同等可靠性條件下花費(fèi)較低的成本；文獻(xiàn)［33］基于序貫蒙特卡洛采樣計算了儲能資源對系統(tǒng)可靠性的平均和增量貢獻(xiàn)，證明了儲能資源參與容量市場的巨大潛力和替代常規(guī)電源的能力；文獻(xiàn)［34］表明儲能資源的可用性將對最佳發(fā)電組合產(chǎn)生重要影響，減少對峰荷火電機(jī)組的容量需求，同時，對儲能裝置實施降額會增加投資者對常規(guī)火電機(jī)組的偏好，影響儲能的收益和投資。需求側(cè)儲能能夠調(diào)控市場的容量需求，對市場容量出清價格產(chǎn)生影響，進(jìn)而有效削減系統(tǒng)的容量投資成本。文獻(xiàn)［35］指出儲能作DSR 資源參與容量市場能夠削減尖峰負(fù)荷，助力新能源消納。

對于儲能資源而言，參與容量市場獲得容量費(fèi)用補(bǔ)貼是其回收固定投資成本的重要渠道，可以為投資者提供長期價格信號。文獻(xiàn)［35］指出儲能作為容量市場供給方時的收益可以補(bǔ)償由電力稀缺帶來的超額利潤。文獻(xiàn)［36］認(rèn)為新能源機(jī)組的低邊際成本可能會造成未來現(xiàn)貨市場的邊際出清價格降低，從而壓縮用戶側(cè)儲能在現(xiàn)貨市場上的盈利空間，容量費(fèi)用將是其回收固定投資成本的重要來源。因此，有必要對儲能參與容量市場的問題予以關(guān)注。

1.2 儲能的可信容量核定

能量有限性使得容量核定更加困難，儲能的可信容量通常采用等效或降額的方式計算。文獻(xiàn)［37］發(fā)現(xiàn)儲能的容量價值與其電力容量、電量容量、充放電效率、負(fù)荷曲線形狀、電源結(jié)構(gòu)等多種因素有關(guān)。文獻(xiàn)［38］提出了衡量儲能可信容量的改進(jìn)等效載荷能力（equivalent load carrying capacity，ELCC）方法，即根據(jù)負(fù)荷曲線形狀、電源結(jié)構(gòu)、儲能的充放電時間等仿真確定儲能資源的容量價值；文獻(xiàn)［39］采用不同的降額方法計算儲能的可信容量；文獻(xiàn)［40］認(rèn)為等效的方法高估了儲能的容量可信度，而使用近似估計的方法低估了儲能的削峰潛力。

此外，部分學(xué)者基于儲能在運(yùn)營過程中面對的各種情況，提出了核定儲能裝置可信容量的不同方法。文獻(xiàn)［6］提出可根據(jù)儲能在峰荷時期申報的凈能量與峰荷出清時長的商確定可信容量，該規(guī)則給予了儲能主體更高的報價靈活度。文獻(xiàn)［41-42］提出一種基于儲能對峰值負(fù)荷削減量的容量核定方法。文獻(xiàn)［43］設(shè)計了在連續(xù)時段中，考慮系統(tǒng)停電對于儲能運(yùn)行和充放電狀態(tài)影響的容量核定方法。文獻(xiàn)［2］指出儲能可信容量可按照能量功率比折價，或根據(jù)儲能對尖峰負(fù)荷的削減量的仿真結(jié)果確定。文獻(xiàn)［15］提出中國容量市場可沿用根據(jù)峰荷時期的歷史出力數(shù)據(jù)方法核定儲能的可信容量。對于儲能與新能源組成聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的情況，儲能可減少新能源因出力不穩(wěn)定性導(dǎo)致的考核效益損失。文獻(xiàn)［44］研究了電源側(cè)儲能平滑風(fēng)光機(jī)組出力的聯(lián)合運(yùn)營模式，并基于序貫蒙特卡洛模擬的方法計算風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的可信容量。對于儲能作為DSR 資源時的容量核定，文獻(xiàn)［36］研究了英美容量市場中含用戶側(cè)儲能的可信容量核定方式，包括基于歷史削減負(fù)荷量和基于可靠性指標(biāo)兩種核定方法。

1.3 考慮儲能的容量市場出清模型

當(dāng)前，容量市場出清多考慮的是針對峰值負(fù)荷出清火電機(jī)組的最大電力容量，而非各個時段的機(jī)組出力，因此是單時段出清的。儲能的物理特性要求在模型中添加儲能的荷電狀態(tài)約束或系統(tǒng)能量約束，以及是否在可靠性約束中計及儲能。而考慮多時段耦合關(guān)系的模型是當(dāng)前研究中尚存空白的部分，因為容量市場考慮的時間段長度和起止時刻仍有爭議，且需要考慮儲能在峰荷時段的可用度等因素。如何建立考慮儲能的容量市場模型是一個亟待解決的復(fù)雜問題。

盡管目前尚無針對中國容量市場的儲能電量約束及可靠性研究，但可以參考學(xué)術(shù)界對相關(guān)領(lǐng)域的討論。電量約束方面，文獻(xiàn)［6］采用儲能資源在峰荷時期的凈可用容量計算容量因子，進(jìn)而使其能夠參與單時段容量市場；文獻(xiàn)［45］提出儲能參與電能量市場時，應(yīng)申報以充放電里程為自變量的老化成本、充放電功率、荷電狀態(tài)以及連續(xù)充放電時間上限等經(jīng)濟(jì)、物理特性，并在出清模型中添加相應(yīng)約束；文獻(xiàn)［46］在容量市場出清模型中引入靈活性資源的供需約束，以使系統(tǒng)在滿足峰值負(fù)荷時期發(fā)電資源充裕性要求的同時能夠可靠應(yīng)對新能源高滲透率下系統(tǒng)對快速爬坡能力的需求，高效引導(dǎo)投資；文獻(xiàn)［47］研究了考慮用戶側(cè)儲能的DSR 最優(yōu)策略，以容量市場合同電量電價、懲罰機(jī)制為邊界條件，構(gòu)建決策儲能配置、運(yùn)營的雙層模型?？煽啃苑矫妫墨I(xiàn)［48］考慮新能源參與容量市場，設(shè)計了基于可靠性的容量市場雙層優(yōu)化模型，其中，上層模型進(jìn)行容量市場出清、下層模型計算失負(fù)荷率；文獻(xiàn)［6］提出了考慮大型電力系統(tǒng)線性化可靠性約束的容量拍賣模型；文獻(xiàn)［49］在此基礎(chǔ)上提出了考慮區(qū)域間新增傳輸線和分布式能源，包括分布式儲能在內(nèi)的容量市場出清模型。

1.4 儲能的容量費(fèi)用疏導(dǎo)

對于儲能，特別是新型儲能的容量費(fèi)用疏導(dǎo)問題，當(dāng)前開展的討論和研究并不充分。在容量費(fèi)用疏導(dǎo)機(jī)制方面，文獻(xiàn)［19］提出了考慮機(jī)組成本特性差異的多因素標(biāo)準(zhǔn)化容量補(bǔ)償測算方法和用戶側(cè)按電量或容量占比進(jìn)行容量費(fèi)用分?jǐn)偟牟町惢萘垦a(bǔ)償實施方案；文獻(xiàn)［50］認(rèn)為可以通過容量電價回收機(jī)組固定投資成本和檢修改造費(fèi)用，通過中長期備用合同回收日常維護(hù)成本，通過尖峰電價和啟停費(fèi)用補(bǔ)償回收短時備用機(jī)組的較高啟停費(fèi)用，并通過輔助服務(wù)收益回收低負(fù)荷運(yùn)行帶來的額外成本。

對于儲能的容量費(fèi)用疏導(dǎo)問題，需要考慮儲能的角色定位。作為被管制主體，一般通過輸配電價或銷售電價回收容量成本；作為獨(dú)立主體，則可通過市場定價回收［2，51］。當(dāng)前，中國抽水蓄能電站的容量成本疏導(dǎo)機(jī)制較為成熟，主要按照兩部制電價模式通過輸配電價回收。對于新型儲能的容量電價機(jī)制，文獻(xiàn)［52］借鑒抽水蓄能容量費(fèi)用疏導(dǎo)模式，提出了針對電網(wǎng)側(cè)新型儲能的容量電價+電量定價兩部制電價模式，并認(rèn)為其可通過參與容量市場和提供輔助服務(wù)的方式，由工商業(yè)用戶和可再生能源發(fā)電企業(yè)分?jǐn)側(cè)萘砍杀?。而文獻(xiàn)［51］則認(rèn)為新型儲能電站的容量電費(fèi)高于抽水蓄能，采用輸配電價疏導(dǎo)可能會造成用戶電價的大幅提升，并在考慮責(zé)權(quán)利統(tǒng)一的基礎(chǔ)上，提出了引入傳遞因子的儲能容量成本疏導(dǎo)方式。

2 儲能參與容量機(jī)制的國內(nèi)外實踐

儲能類型豐富、自身具有多種特性，如何設(shè)計可行有效的市場機(jī)制調(diào)動儲能資源參與容量市場的積極性，以及合理評估儲能資源的容量價值是各國容量市場建設(shè)面臨的共性問題。整體來看，近年來在集中式拍賣容量市場機(jī)制和可靠性期權(quán)機(jī)制中考慮儲能資源的相關(guān)建設(shè)較為成熟，中國多地也在積極探索容量機(jī)制的建設(shè)，本章對相關(guān)實踐情況進(jìn)行了調(diào)研分析。表1 對儲能參與國外容量機(jī)制的實踐情況進(jìn)行了總結(jié)。

表1 儲能參與典型容量機(jī)制建設(shè)的比較Table 1 Comparison of participation of energy storage in typical capacity mechanism construction

2.1 儲能參與集中式拍賣容量市場機(jī)制的分析

集中式拍賣容量市場是為了滿足系統(tǒng)電力可靠性設(shè)立的、以可用容量為標(biāo)的物的集中式拍賣交易市場。一般來說，集中式拍賣容量市場通常統(tǒng)一運(yùn)營，在遠(yuǎn)期組織容量拍賣，發(fā)電資源廠商通過市場競爭的方式、根據(jù)所提供資源對系統(tǒng)可靠性的貢獻(xiàn)差異化地獲得容量費(fèi)用補(bǔ)償。文獻(xiàn)［36，55］介紹了集中式拍賣容量市場機(jī)制的具體流程，主要包括容量產(chǎn)品的資格預(yù)審、需求曲線的確定、市場出清結(jié)算、容量交付及績效獎懲制度等。

在集中式拍賣容量市場中，儲能資源的標(biāo)的物是由獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商（independent system operator，ISO）根據(jù)一定標(biāo)準(zhǔn)測算的充放電容量以及儲能資源的運(yùn)行參數(shù)，如裝機(jī)容量、荷電狀態(tài)、連續(xù)充放電時間、強(qiáng)迫停機(jī)率等。除運(yùn)行參數(shù)外，儲能資源供應(yīng)商在遠(yuǎn)期參與投標(biāo)時還需提供價格投標(biāo)。在出清階段，除需滿足功率約束、輸電約束、爬坡約束等以外，儲能資源還需考慮自身荷電狀態(tài)的限制（能量約束）。儲能資源按照容量出清價格進(jìn)行結(jié)算。在交付期，ISO 會對儲能資源進(jìn)行容量測試以確保容量的可用性，并根據(jù)測試情況進(jìn)行獎懲。

目前，應(yīng)用集中式拍賣容量市場機(jī)制且運(yùn)行較為良好的地區(qū)有美國PJM（Pennsylvania，New Jersey，Maryland）、英國（愛爾蘭地區(qū)除外）、加拿大安大略省［56］等。美國PJM 容量市場和英國容量市場機(jī)制發(fā)展相對成熟完善，附錄A 對二者進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹，本文著重選取儲能參與這兩種市場的方式進(jìn)行分析。

2.1.1 儲能參與美國PJM 容量市場建設(shè)的介紹

美國PJM 容量市場是為了保證發(fā)電容量充裕性而建立的，由1 個基本拍賣市場、3 個追加拍賣市場和1 個雙邊交易市場組成。PJM ISO 發(fā)布的容量市場拍賣手冊對PJM 容量市場的結(jié)構(gòu)和交易流程等進(jìn)行了詳細(xì)介紹［7］。整體而言，PJM 容量市場的參與主體類型多樣，市場機(jī)制相對成熟完善。在一系列助力儲能發(fā)展的政策支持下［57-59］，截至2020年，PJM 擁有的儲能總?cè)萘繛? 220 MW，其中，新 型 儲 能 資 源 約 為780 MW［2，60］。在PJM 市 場 中，儲能資源可作為獨(dú)立市場主體參與容量市場建設(shè)，其市場準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)為0.1 MW。此外，隨著市場的實踐發(fā)展，其荷電狀態(tài)約束和能量有限性等特殊性也越來越受到市場監(jiān)管者的重視。

在PJM 容量市場中，儲能資源的產(chǎn)品設(shè)計豐富多樣，主要作為DSR 資源和容量存儲資源參與容量市場。這兩種資源均可通過實體或虛擬聚合的方式參與容量市場。在PJM 容量市場中，需求側(cè)資源產(chǎn)品可分為容量性能DSR 和夏季DSR。容量性能DSR 在整個交付年可用，而夏季DSR 只需在夏季可用。在PJM 容量市場中，將參與容量市場、可以從系統(tǒng)中充放電的儲能資源稱作容量存儲資源（capacity storage resource，CSR）。CSR 根據(jù)其性能優(yōu)劣可劃分為容量性能資源（capacity performance resource，CPR）和 基 本 容 量 資 源（base capacity resource，BCR）。符合CPR 產(chǎn)品類型的儲能資源性能較為優(yōu)越，能夠持續(xù)、可預(yù)測地運(yùn)行，需保證在整個交付年期間的可用性，且能夠在PJM 確定存在緊急情況時提供能量和備用。對于BCR 產(chǎn)品，則只需保證能夠在炎熱天氣提供能量和備用。同時，對于可能無法單獨(dú)滿足CPR 產(chǎn)品運(yùn)營需求的容量資源，可作為滿足CPR 產(chǎn)品要求的聚合資源參與容量市場。

在PJM 容量市場中，儲能資源的標(biāo)的物是其充放電容量，通常用可信容量（unforced capacity，UCAP）表示，其表征了儲能資源的技術(shù)可靠性?？尚湃萘渴侵缚紤]故障停運(yùn)等因素時，由一定可靠性標(biāo)準(zhǔn)確定的容量提供者在一定時間內(nèi)可提供的有效容量。在PJM 容量市場中，儲能資源可信容量的具體計算方式為在夏季和冬季的規(guī)定時段內(nèi)每小時輸出功率的平均值。對于儲能資源參與聚合資源的情況，聚合資源的總可信容量值不超過單獨(dú)資源可信容量值的總和。近年來，PJM 容量市場也在考慮利用ELCC 評估儲能的容量價值，即在系統(tǒng)同等可靠性的情況下每增加單位儲能出力可增加的尖峰負(fù)荷量。

在市場出清階段，由于PJM 容量市場采取劃區(qū)出清的方式，儲能資源的容量通常不會集中式地提供，而是經(jīng)過位置優(yōu)化和容量優(yōu)化后分布式地提供。因此，這種方式會對儲能資源，特別是含有儲能資源的聚合資源的出清價格產(chǎn)生影響。

在PJM 容量市場中，儲能資源的結(jié)算執(zhí)行價格由區(qū)域容量出清價格決定。其可靠性費(fèi)用為中標(biāo)容量乘以區(qū)域容量出清價格，同時按用戶年峰荷水平和所在區(qū)域分?jǐn)偨o用戶。

儲能資源根據(jù)參與容量市場建設(shè)的情況受到性能評估測試制度的獎懲。性能評估是在交付年用于測試容量存儲資源在緊急條件下的性能，從而評價其實際性能與預(yù)估性能之間差距的評估測試。未能通過測試將會面臨財務(wù)懲罰，并且在下一次容量拍賣中，該供應(yīng)商可供出售的容量也會相應(yīng)降低，而表現(xiàn)超過預(yù)估則會得到獎金。

2.1.2 儲能參與英國容量市場建設(shè)的介紹

英國的容量市場是在能源低碳化改革和用電負(fù)荷增長的背景下，為確保用電可靠性、能源經(jīng)濟(jì)性和推動低碳電源發(fā)展，由政府設(shè)立的以可信容量為商品的中長期規(guī)劃市場［35，61-63］。英國儲能總?cè)萘考s為3 600 MW，新型儲能的總?cè)萘窟_(dá)到800 MW［2，60］。參與英國容量市場的儲能資源最小裝機(jī)容量閾值為1 MW［64］。

在英國電力市場中，儲能資源主要作為DSR 資源和供給側(cè)發(fā)電資源參與容量市場。同時，英國容量市場根據(jù)發(fā)電側(cè)儲能資源的最小持續(xù)放電時間，以0.5 h 為間隔將其劃分為不同的類型，其中，最低類型為0.5 h，最高類型為9.5 h 及以上。中小規(guī)模的儲能可以資源聚合的方式參與容量市場。

評估儲能資源可靠性的降級因子也由持續(xù)放電時間決定。圖1 總結(jié)了2021 年英國容量市場儲能資源的降級因子核定情況［10］。

圖1 英國容量市場儲能資源的降級因子Fig.1 De-rating factors for energy storage resources in Britain capacity market

具體而言，降級因子由技術(shù)故障參數(shù)（technical breakdown parameter，TA-PS）與 等 效 可 靠 容 量（equivalent firm capacity，EFC）決定。前者表征了抽水蓄能電站的歷史平均技術(shù)可用性；后者則是在3 h 的缺電時間期望（loss of load expection，LOLE）的基本場景（即交付年的預(yù)測電力結(jié)構(gòu)）下，各類儲能增加單位容量時對應(yīng)的完全可靠容量的增量。當(dāng)使用TA-PS 確定降級因子時，對于TA-PS 超過抽水蓄能的儲能資源，其降級因子按照抽水蓄能的TA-PS 核定；對于TA-PS 低于抽水蓄能的儲能資源，其降級因子則按照EFC 與TA-PS 的乘積確定［65］。然而，上述評估方法也存在不足之處。在實踐過程中，運(yùn)營機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)EFC 受基本場景下儲能規(guī)模及結(jié)構(gòu)的影響，導(dǎo)致儲能降級因子的評估存在一定的主觀性［10］。最小放電時間越長，則儲能資源的降級因子越高；同時，由于基本場景存在差異，同一持續(xù)放電時間的儲能資源在T-1 年的降級因子普遍高于T-4 年?；诖?，近年來，英國容量市場的監(jiān)管機(jī)構(gòu)也在積極探索評估儲能資源容量可靠性的適宜評估方法，近期正在考慮一種由市場運(yùn)營者使用時序隨機(jī)仿真模型確定的技術(shù)加權(quán)平均可用性確定持續(xù)放電時間的評估標(biāo)準(zhǔn)。技術(shù)加權(quán)平均可用性是由冬季峰荷時期電能最大出口限制額確定的平均可用性［61］。

拍賣結(jié)果方面，在英國2021 年組織的T-4 年容量市場中，儲能中標(biāo)容量占比約為5%（42.1 GW中的8.3 GW）。 同時，儲能系統(tǒng)以年平均30.59 英鎊/kW 的價格結(jié)算。電池儲能獲得了1.1 GW 的合同，抽水蓄能設(shè)施獲得了2.5 GW 的合同。不同合同期的容量拍賣中，T-4 年容量拍賣因其合同期較長、收益穩(wěn)定，在電池儲能運(yùn)營商中更受歡迎［64］。

2.2 儲能參與可靠性期權(quán)機(jī)制建設(shè)的介紹

可靠性期權(quán)機(jī)制是一種將容量補(bǔ)償與電能量市場耦合的市場模式。目前，應(yīng)用可靠性期權(quán)機(jī)制且運(yùn)行較為良好的地區(qū)主要有意大利［11-12］、愛爾蘭［13］，其與集中式拍賣容量市場的市場總體流程較為相似，主要區(qū)別體現(xiàn)在結(jié)算機(jī)制上。在可靠性期權(quán)的結(jié)算機(jī)制［22］下，買方可以在遠(yuǎn)期根據(jù)中標(biāo)的容量獲得從用戶側(cè)收取的期權(quán)費(fèi)，但在現(xiàn)貨市場中，當(dāng)行權(quán)價格高于市場參考價格時，需要向用戶返還二者的差價。文獻(xiàn)［23，26，66］對可靠性期權(quán)制度的結(jié)算原理、價格制定、市場運(yùn)營規(guī)則等進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文也在附錄B 中整理了可靠性期權(quán)機(jī)制以及該制度在意大利和愛爾蘭的實踐情況。

由于在可靠性期權(quán)機(jī)制下，電能量市場采用稀缺定價機(jī)制，因而現(xiàn)貨價格能夠較為真實地反映系統(tǒng)供需。這種耦合制度可以在保障系統(tǒng)發(fā)電容量充裕度的同時避免價格扭曲的問題，提高市場效率，保障用戶側(cè)電價穩(wěn)定，提供合理的價格信號。

在可靠性期權(quán)機(jī)制中，儲能資源的標(biāo)的物是可靠性金融期權(quán)。與英國容量市場相似，可靠性期權(quán)市場中儲能資源的可信容量也由降級因子和裝機(jī)容量確定，但受到自身市場運(yùn)營制度的影響，其可靠性是由自身評估、提交、參加拍賣的。在容量拍賣中，成功的儲能資源會按照拍賣出清結(jié)果收到期權(quán)費(fèi)，同時，需要在交付期履行其容量義務(wù)和差值返還的義務(wù)。期權(quán)費(fèi)的值等于出清量乘以出清價。在電能量市場中，儲能資源的容量義務(wù)履行受到稀缺時刻的隱式懲罰、顯式懲罰、返還容量費(fèi)、行政稀缺定價函數(shù)等規(guī)則的約束。

在2021 年的意大利容量市場拍賣中，有3.8 GW 的容量合同被授予新資產(chǎn)，其中，1.1 GW 的合同被授予新建電池儲能資源。

為進(jìn)一步梳理儲能參與的3 種容量機(jī)制的不同之處，表2 對其關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了對比。

表2 儲能參與不同容量機(jī)制關(guān)鍵環(huán)節(jié)的對比Table 2 Comparison of key links with participation of energy storage in different capacity mechanisms

2.3 儲能參與中國容量機(jī)制的實踐情況

儲能參與電力容量市場建設(shè)事關(guān)中國電力容量資源的健康有序發(fā)展和電力中長期供應(yīng)安全。本節(jié)對儲能參與中國容量機(jī)制建設(shè)的現(xiàn)狀進(jìn)行了梳理。

中國正在積極探索建設(shè)容量機(jī)制，隨著《國家發(fā)展和改革委員會關(guān)于深化燃煤發(fā)電上網(wǎng)電價形成機(jī)制改革的指導(dǎo)意見》［67］的發(fā)布，已明確在燃煤機(jī)組利用小時數(shù)較低的省份可建立容量補(bǔ)償機(jī)制，容量電價和電量電價以市場化方式形成。附錄C 給出了目前中國部分省份容量機(jī)制的政策與實踐現(xiàn)狀。

雖然中國已初步開展容量機(jī)制的實踐與研究，但是聚焦儲能如何參與中國容量機(jī)制的實踐尚存大面積空白。目前，山東省明確對新型儲能示范項目參與電力現(xiàn)貨市場給予容量補(bǔ)償，補(bǔ)償費(fèi)用按獨(dú)立儲能月度可用容量補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的2 倍執(zhí)行［28］。新疆對并網(wǎng)的獨(dú)立儲能電站按照放電量計算容量補(bǔ)償，補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)約0.16 元/（（kW?h）?a）［68］。

角色定位上，國家已提出要推動儲能作為獨(dú)立主體參與各類電力市場。當(dāng)前，大多數(shù)省份儲能資源的市場準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)在10 MW 左右，廣東省的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)較低，為2 MW［69］。此外，隨著《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》［70］、《關(guān)于進(jìn)一步推動新型儲能參與電力市場和調(diào)度運(yùn)用的通知》［71］等政策的發(fā)布，儲能在新型電力系統(tǒng)中將呈現(xiàn)規(guī)模大、分布廣、運(yùn)營模式多樣化等特點，以作為DSR 資源、虛擬聚合資源、與新能源組成聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)等方式參與電力市場。

經(jīng)濟(jì)收益方面，目前獨(dú)立儲能的主要收入來源是容量租賃、輔助服務(wù)和容量電價補(bǔ)償。山東省獨(dú)立儲能電站的商業(yè)模式較為明確，收益來源主要為容量租賃費(fèi)用、電力現(xiàn)貨市場、容量電價補(bǔ)償［28，72］。

容量費(fèi)用疏導(dǎo)方面，當(dāng)前中國抽水蓄能的容量費(fèi)用疏導(dǎo)模式主要按經(jīng)營期定價法核定并周期調(diào)整，同時其容量電費(fèi)由電網(wǎng)企業(yè)支付，納入省級電網(wǎng)輸配電價回收［73］。而新型儲能電站商業(yè)化和規(guī)?；胁怀墒?，建立完善的容量成本疏導(dǎo)機(jī)制迫在眉睫。新疆儲能的容量補(bǔ)償費(fèi)用由工商業(yè)用戶按照用電量按月滾動分?jǐn)偅?2］。遼寧省擬將大連液流電池儲能調(diào)峰電站的容量電價參考抽水蓄能納入省級電網(wǎng)輸配電價［74］。電力容量市場可以為儲能企業(yè)回收自身固定成本提供一條較為合理可行的路徑，如何合理分?jǐn)傂滦蛢δ茈娬镜娜萘抠M(fèi)用仍需要進(jìn)一步研究論證。

3 儲能參與中國容量市場的挑戰(zhàn)及思考

設(shè)計面向儲能的特定容量機(jī)制，需要在借鑒國內(nèi)外電力容量市場建設(shè)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，充分考慮中國國情，合理規(guī)劃布局，探索具有中國特色的容量市場建設(shè)道路。對儲能參與中國容量市場建設(shè)的相關(guān)思考應(yīng)建立在對中國容量機(jī)制建設(shè)問題的充分認(rèn)識之上。因此，本文在表3 中對當(dāng)前中國容量機(jī)制設(shè)計的關(guān)鍵問題進(jìn)行了總結(jié)。

表3 中國容量機(jī)制設(shè)計的關(guān)鍵問題Table 3 Key issues of capacity mechanism design in China

針對儲能參與電力容量市場建設(shè)的問題，本章首先整理了儲能參與中國電力容量市場建設(shè)可能面臨的挑戰(zhàn)，然后結(jié)合國外容量市場的建設(shè)經(jīng)驗和學(xué)術(shù)界的研究進(jìn)展，對儲能參與中國電力容量市場的機(jī)制設(shè)計提出一些思考。

3.1 儲能參與中國容量市場的挑戰(zhàn)

本節(jié)將探討在新型電力系統(tǒng)建設(shè)背景下，儲能參與中國電力容量市場建設(shè)的關(guān)鍵問題。由于儲能資源具有物理特性，需要討論儲能資源可信容量的核定方法和體系。此外，還需要討論儲能作為獨(dú)立主體參與電力容量市場建設(shè)時的產(chǎn)品設(shè)計、容量市場的出清模型與多市場的耦合關(guān)系，以及如何提升容量市場運(yùn)營效率等問題。

3.1.1 儲能資源可信容量核定方法和體系的要求

儲能資源可信容量核定是其參與容量市場建設(shè)的重要一環(huán)，也是各國容量市場建設(shè)關(guān)鍵的共性問題。未來，中國新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建也必將對儲能資源的可信容量核定提出新要求。一方面，需要考慮在未來多樣化負(fù)荷場景下，不同類型儲能裝置可靠性容量的評估方法問題；另一方面，儲能資源種類豐富、參與容量市場建設(shè)的方式多樣，需要充分考慮不同儲能資源的物理特性，制定合理、可信賴的容量評估標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)前，世界各國儲能資源的可信容量測算基本都基于持續(xù)充放電時長，采用等效容量、歷史數(shù)據(jù)加權(quán)平均、峰荷時段可用性、容量資源季節(jié)性匹配或分時段容量系數(shù)等方式進(jìn)行評估，但這并不能完全匹配儲能在尖峰負(fù)荷時段的出力情況。近年來，部分國家和地區(qū)在探索ELCC 模式，但這種模式也存在著技術(shù)難度大，需要內(nèi)嵌仿真程序等問題［2］。同時，現(xiàn)有的新能源發(fā)電容量可信度研究多采用單電源、單時間尺度，缺乏對于包含新能源與儲能資源組成聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)、多電源分布式的虛擬聚合資源、具有時間特殊性的儲能資源、儲能資源作負(fù)荷時的可信容量核定研究，難以支撐未來包含儲能資源參與的電力容量市場的新需求。

3.1.2 電力容量交易運(yùn)營能力的要求

容量市場運(yùn)營與電力系統(tǒng)規(guī)劃密切相關(guān)，將在滿足發(fā)電資源的充裕性、電網(wǎng)運(yùn)營的可靠性與經(jīng)濟(jì)性方面扮演重要角色。在“雙碳”目標(biāo)下，儲能等多類型市場主體的參與必然會對容量市場交易運(yùn)營能力提出更高要求。

首先，容量市場出清模型的建立需要考慮未來新型電力系統(tǒng)多電源、多主體、多時段的特點。一方面，隨著儲能技術(shù)的發(fā)展和可再生能源滲透率的提高，加上中國各地區(qū)電源結(jié)構(gòu)、負(fù)荷結(jié)構(gòu)不同，需要建立靈活合理的容量市場出清模型；另一方面，當(dāng)前電力容量市場出清機(jī)制多基于單時段，而儲能資源具有物理特性，其出力調(diào)度可行性受荷電狀態(tài)、充放電速率等多維度因素的影響，各時段在功率平衡約束下獨(dú)立求解的出清模型難以滿足未來新型電力系統(tǒng)的需求。

其次，在“雙碳”目標(biāo)下，中國正面臨能源的轉(zhuǎn)型升級，需要對多市場耦合的運(yùn)行模式進(jìn)行統(tǒng)籌考慮。然而，當(dāng)前單一市場獨(dú)立運(yùn)行，基于單市場的出清機(jī)制難以滿足對支持多市場耦合模式的容量市場出清模型的要求。

一般來說，容量市場的效率較低。一是其出清頻率較低，每年出清一次；二是相比于按年分?jǐn)偟娜萘抠M(fèi)用疏導(dǎo)模式，基于邊際成本的定價方式有可能導(dǎo)致成本回收的不充分性；三是容量市場對某些類型機(jī)組的準(zhǔn)入限制較高。這些都會導(dǎo)致市場主體參與容量市場的積極性不高，從而破壞容量市場競爭性的市場條件，使得容量市場運(yùn)營效果低于預(yù)期。在市場準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)方面，盡管近年來中國正在逐步降低儲能資源的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，但與英國的1 MW、美國的0.1 MW 相比仍存在較大差距。另外，新型電力系統(tǒng)具有清潔低碳、靈活高效、開放互動等特征，儲能資源將會以多樣靈活的形式參與容量市場，而當(dāng)前中國的容量機(jī)制建設(shè)尚未考慮上述因素，學(xué)術(shù)界的討論也相對有限。隨著儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和儲能技術(shù)的進(jìn)步，中國電力容量市場的建設(shè)需要各類儲能資源的積極參與。

3.2 對儲能參與中國電力容量市場建設(shè)的思考

對于儲能參與中國電力容量市場的機(jī)制設(shè)計問題，需要考慮國外建設(shè)經(jīng)驗與中國國情的適配性，綜合考慮中國電力市場發(fā)展實際統(tǒng)籌規(guī)劃、改革創(chuàng)新。因此，本節(jié)結(jié)合中國新型電力系統(tǒng)的建設(shè)背景和國內(nèi)外的實踐及研究狀況，提出如下思考:

1）對于儲能在容量市場中的補(bǔ)償次序問題，考慮到建設(shè)容量市場是為了解決供電可靠性的問題，拓展可靠供電企業(yè)的利潤空間、幫助老舊化石能源機(jī)組退出市場、高效引導(dǎo)投資，而新能源機(jī)組出力的不確定性大、容量效應(yīng)小，在許多容量機(jī)制較為成熟的國家和地區(qū)對新能源機(jī)組不進(jìn)行補(bǔ)償，或與火電機(jī)組相比進(jìn)行較少量的補(bǔ)償。因此，本文認(rèn)為中國在建設(shè)容量市場時，應(yīng)優(yōu)先考慮對傳統(tǒng)火電機(jī)組和儲能裝置進(jìn)行補(bǔ)償，初期可只面向這兩種供電可靠性較高的資源，再逐步擴(kuò)大容量市場的參與范圍，吸納DSR 等多類型主體的參與。圖2 展示了本文對考慮儲能資源參與中國電力容量市場建設(shè)的相關(guān)思考。

圖2 考慮儲能資源的中國電力容量市場建設(shè)構(gòu)架Fig.2 Construction framework of China’s power capacity market considering energy storage resources

2）研究儲能參與容量市場合理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，滿足容量市場建設(shè)對于可靠性和公平競爭的要求。在儲能資源的可信容量測算方面，中國可在初期采用歷史數(shù)據(jù)加權(quán)平均等較為粗放的方式，并探索采用ELCC 模式的可能性；可根據(jù)其負(fù)荷削減指定值、裝機(jī)備用裕度、強(qiáng)迫停運(yùn)率等因素確定儲能資源作為負(fù)荷時的容量價值。同時，可以將跨區(qū)輸電的可靠性損失納入考量范疇，對于資產(chǎn)組合的類型，可以參照PJM 容量市場的做法，設(shè)置組合資源總可信容量不高于單獨(dú)資源可信容量的總和。另外，由于中國容量市場建設(shè)起步較晚且不同地區(qū)電力市場的發(fā)展情況存在差異，可采用設(shè)立試點等方式，探索適合中國國情的儲能容量測算方式。

3）在容量市場機(jī)制設(shè)計方面，可以設(shè)計儲能資源多樣化的容量產(chǎn)品，并細(xì)化容量市場類別。一方面，產(chǎn)品設(shè)計多樣化是調(diào)動各類儲能資源參與容量市場積極性、保證容量市場良好運(yùn)行的重要手段?？紤]到系統(tǒng)可能出現(xiàn)的緊急情況和激勵儲能資源提高自身技術(shù)水平的需要，可以對部分性能優(yōu)良、持續(xù)可預(yù)測的儲能資源提高容量費(fèi)用補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，在設(shè)立以年為單位的容量市場后，可結(jié)合中國國情探索多時間尺度的容量市場。對于部分季節(jié)性儲能資源（如抽水蓄能、氫儲能等）僅在某些月份具有容量特性，若以年為單位進(jìn)行容量補(bǔ)償，則根據(jù)容量市場的出清規(guī)則，只能對全年負(fù)荷峰值時的容量進(jìn)行補(bǔ)償，但有可能受到季節(jié)的影響，導(dǎo)致容量補(bǔ)償較少。事實上，這些季節(jié)性儲能資源可能在部分月份的可用度極高，對系統(tǒng)的容量支撐作用很大，理應(yīng)予以補(bǔ)償。因此，直接設(shè)立年容量市場的做法可能造成對部分儲能資源補(bǔ)償?shù)牟怀浞中院筒缓侠硇?；而對月、星期等更短時間尺度的容量市場，可以使得更多類型的儲能資源從容量市場中獲得充分、合理的補(bǔ)償。再者，考慮到儲能資源的負(fù)荷側(cè)容量特性，未來中國建設(shè)容量市場時需要設(shè)計儲能資源的DSR產(chǎn)品，從不同層面發(fā)揮儲能資源的容量特性，促進(jìn)資源的優(yōu)化配置。另外，考慮到儲能資源的區(qū)域價值，可以幫助分布式儲能資源以虛擬聚合資源的方式參與容量市場，并研究相關(guān)的交易、結(jié)算細(xì)則。

4）中國在建立容量出清模型時，需要充分考慮儲能資源的物理特性，建立多時段混合、多主體參與的容量市場出清模型。儲能資源受其自身能量有限性的影響，在出力調(diào)度時必須考慮其荷電狀態(tài)的約束，因而在建立出清模型時需要考慮多時段的耦合關(guān)系。此外，除了作為電源，儲能還可以作為負(fù)荷參與容量的DSR 管理，在建立容量市場出清模型時有必要考慮其作為負(fù)荷時的容量特性。

5）深入研究考慮儲能資源容量特性的多市場耦合出清機(jī)制。在未來中長期市場與現(xiàn)貨市場協(xié)調(diào)運(yùn)行的背景下，可以考慮儲能的容量效應(yīng)，研究儲能資源參與現(xiàn)貨市場和容量市場的耦合市場機(jī)制和金融衍生品機(jī)制。此外，可以探索金融儲能權(quán)［9］與容量市場的耦合關(guān)系，利用儲能資源緩解輸電線路阻塞問題和發(fā)揮容量支持作用的協(xié)調(diào)關(guān)系。

6）明確儲能參與電力容量市場的獨(dú)立主體地位，因地制宜地降低儲能資源的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)。在國家已提出要推動儲能作為獨(dú)立主體參與各類電力市場的基礎(chǔ)上，宜盡早明確其參與電力容量市場的獨(dú)立主體地位，優(yōu)化資源配置，提高儲能資源主體的參與積極性。此外，建議考慮降低儲能參與電力容量市場建設(shè)的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)、培育分布式資源聚合商，并建立健全配套政策、出清算法等，使得更多小規(guī)模儲能能夠從容量市場建設(shè)中獲益，并為競爭性容量市場的建設(shè)添磚加瓦。

4 結(jié)語

在中國構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的背景下，為促進(jìn)儲能資源主體參與中國電力容量市場建設(shè)，本文首先從學(xué)術(shù)研究和實踐的角度出發(fā)，著眼于儲能如何參與中國容量市場建設(shè)的問題，梳理了國內(nèi)外容量市場的相關(guān)研究和實踐現(xiàn)狀，對比了其參與典型容量機(jī)制的差異?？偨Y(jié)了中國容量機(jī)制設(shè)計的關(guān)鍵問題，全面介紹了當(dāng)前儲能參與中國容量機(jī)制建設(shè)的狀況。進(jìn)而，結(jié)合中國容量機(jī)制建設(shè)的關(guān)鍵問題，探討了儲能資源參與中國容量機(jī)制建設(shè)面臨的風(fēng)險和挑戰(zhàn)，并從儲能資源的補(bǔ)償次序、可信容量評估、產(chǎn)品設(shè)計、框架設(shè)計、計及儲能資源的容量市場模型修正等方面提出了相關(guān)思考。

未來研究可深入探討儲能資源參與容量機(jī)制建設(shè)的成本疏導(dǎo)問題，特別是當(dāng)前容量補(bǔ)償階段的容量電價疏導(dǎo)問題亟待解決。此外，可以探究儲能參與容量市場的多時段出清模型設(shè)計、儲能與其他電源聯(lián)調(diào)時的可靠性容量評估等問題，并可以在本文研究的基礎(chǔ)上探索多市場耦合運(yùn)行的可能機(jī)制。

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