2021年以來，中央和地方層面出臺(tái)了多項(xiàng)支持儲(chǔ)能發(fā)展的政策，山東、廣東、江蘇、浙江等地都積極開展儲(chǔ)能示范應(yīng)用。但從各地實(shí)際數(shù)據(jù)看，儲(chǔ)能還存在投資成本較高、商業(yè)模式不清晰、市場(chǎng)機(jī)制不完善、盈利模式較少等問題，這在一定程度上制約了儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展。

 

在國(guó)際上，目前美國(guó)加州和英國(guó)等地區(qū)表前儲(chǔ)能發(fā)展形勢(shì)好、市場(chǎng)大、機(jī)制相對(duì)成熟。2016年以前，由于技術(shù)原因的限制及扶持政策不完善，美國(guó)大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用也存在重重障礙，此后由于電網(wǎng)老舊和新能源發(fā)電占比逐年提升，迫切需要配備儲(chǔ)能以協(xié)助消納，滿足電網(wǎng)調(diào)度需求，美國(guó)能源部、聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)和加州公用事業(yè)委員會(huì)等機(jī)構(gòu)通過制度改革推進(jìn)儲(chǔ)能商業(yè)化，推動(dòng)了美國(guó)特別是加州儲(chǔ)能市場(chǎng)的快速發(fā)展，值得我國(guó)借鑒。

 

本文首先分析加州電池儲(chǔ)能的發(fā)展情況、電網(wǎng)投入儲(chǔ)能的物理原因，然后分析政府的強(qiáng)制性配儲(chǔ)計(jì)劃和政策支持，以及儲(chǔ)能的物理表現(xiàn)，再對(duì)加州儲(chǔ)能的商業(yè)模式和具體案例盈利情況進(jìn)行分析，最后結(jié)合加州電池儲(chǔ)能快速發(fā)展歸納對(duì)我國(guó)的啟示。

 

一、加州電池儲(chǔ)能發(fā)展情況及投入電網(wǎng)的原因

 

美國(guó)是全球最大、增速最快的電池儲(chǔ)能市場(chǎng)。2021年底表前電池儲(chǔ)能規(guī)模為5.7GW/13.6GWh，占全部?jī)?chǔ)能的84%。加州是美國(guó)表前電池儲(chǔ)能發(fā)展最快，體量最大的市場(chǎng)之一。加州電力市場(chǎng)在2021年新增表前電池儲(chǔ)能近2.4GW，是上年新增規(guī)模的12倍以上。截止至2022年9月加州有超過3GW儲(chǔ)能并網(wǎng)。目前，電網(wǎng)中幾乎所有的電池儲(chǔ)能都是3-4小時(shí)儲(chǔ)能，這與加州太陽下山到晚間負(fù)荷高峰的時(shí)間基本匹配。

 

加州本地電源裝機(jī)容量中，天然氣發(fā)電、非化石能源發(fā)電各占接近一半。加州日照時(shí)間長(zhǎng)，平均日照峰時(shí)超過5小時(shí)，電源裝機(jī)為80GW，其中太陽能發(fā)電裝機(jī)接近14GW，約占17%。此外，加州是電力受入州，外購電量占全年用電量的32%左右。在一年之中，風(fēng)光發(fā)電出力占全部電源出力的比重最大能達(dá)到66%，因此加州是典型的高比例新能源發(fā)電系統(tǒng)。日負(fù)荷在晚間達(dá)到峰值，導(dǎo)致從太陽下山開始需要?dú)怆姶罅俊⒖焖俚赝度胂到y(tǒng)進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)。電池儲(chǔ)能非常適合加州市場(chǎng)，它能夠?qū)⒋罅康墓夥l(fā)電量時(shí)移至用電高峰期。

 

加州近年來受氣候變化影響，高溫、干旱導(dǎo)致山火頻繁、水電發(fā)電量下降，天然氣發(fā)電廠承受較大壓力。2015年阿里索(Aliso Canyon)天然氣儲(chǔ)氣庫地下管套破損，引發(fā)天然氣多次、較大規(guī)模泄露，導(dǎo)致加州電網(wǎng)不堪重負(fù)。受環(huán)境及極端事件影響，加州多次遭遇較大規(guī)模停電，亦因此促進(jìn)了儲(chǔ)能配置，以支撐電力供應(yīng)。

 

加州是美國(guó)最富裕的州，在清潔能源方面，一直是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格、政策積極、技術(shù)創(chuàng)新最領(lǐng)先的州。2010年加州就開始研究實(shí)施公共事業(yè)公司儲(chǔ)能強(qiáng)制采購計(jì)劃。

 

2010年加州政府通過法令，要求州公用事業(yè)委員會(huì)（CPUC）研究制定高效、低成本儲(chǔ)能技術(shù)的強(qiáng)制采購方案。此后CPUC花費(fèi)2年時(shí)間，組織研究?jī)?chǔ)能的成本、應(yīng)用場(chǎng)景、經(jīng)濟(jì)性、效益，采購目標(biāo)的規(guī)模、機(jī)制等問題。2013年10月，CPUC制定儲(chǔ)能強(qiáng)制采購目標(biāo)計(jì)劃，要求大型電力公司在未來2020年前共采購1325MW的儲(chǔ)能容量（相當(dāng)于最大負(fù)荷的1.64%），之后將目標(biāo)值增加了500MW容量。CPUC要求儲(chǔ)能至少提供4小時(shí)備用容量，以增加系統(tǒng)供電穩(wěn)定性。

 

儲(chǔ)能強(qiáng)制采購計(jì)劃的主要實(shí)施對(duì)象是獨(dú)立公用事業(yè)公司（IOUs），同時(shí)鼓勵(lì)小型電力公司（POUs）制定儲(chǔ)能采購計(jì)劃。CPUC對(duì)儲(chǔ)能項(xiàng)目的評(píng)審標(biāo)準(zhǔn)包括對(duì)于電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行、可再生能源并網(wǎng)等目標(biāo)的貢獻(xiàn)度。

 

儲(chǔ)能強(qiáng)制采購計(jì)劃有力地推動(dòng)了加州儲(chǔ)能項(xiàng)目的快速規(guī)劃、部署，對(duì)推動(dòng)儲(chǔ)能應(yīng)用、構(gòu)建長(zhǎng)期穩(wěn)定的儲(chǔ)能市場(chǎng)起到了良好的政策示范效應(yīng)。美國(guó)多個(gè)州也效仿加州，制定發(fā)布了儲(chǔ)能采購計(jì)劃。

 

二、支持儲(chǔ)能發(fā)展的政策

 

美國(guó)聯(lián)邦投資稅收抵免（ITC）政策對(duì)于新能源配置儲(chǔ)能的項(xiàng)目，最高可以抵減30%的前期投資額，大型電力公司配置的儲(chǔ)能項(xiàng)目也可享受ITC補(bǔ)貼。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)必須在一年內(nèi)至少有75%的時(shí)間由太陽能發(fā)電設(shè)施充電而不是電網(wǎng)充電，才能獲得ITC的資格。根據(jù)美國(guó)國(guó)會(huì)最新動(dòng)向，ITC政策將繼續(xù)實(shí)施至2034年。

 

2008年聯(lián)邦政府為儲(chǔ)能進(jìn)入電能批發(fā)市場(chǎng)提供制度保障，2013年提出輸電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商可以選擇從第三方直接購買輔助服務(wù)并明確了電儲(chǔ)能提供輔助服務(wù)的結(jié)算機(jī)制。2018年聯(lián)邦能源管理委員會(huì)（FERC）發(fā)布841號(hào)法案，要求系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商消除儲(chǔ)能參與容量、能量和輔助服務(wù)市場(chǎng)的障礙，法令規(guī)定在考慮物理和運(yùn)行特征的基礎(chǔ)上，允許電儲(chǔ)能參與容量、電量、輔助服務(wù)市場(chǎng)，并基于市場(chǎng)價(jià)格對(duì)其服務(wù)進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償。

 

由于各州電力系統(tǒng)特點(diǎn)不同，更多具體的儲(chǔ)能政策由各州政府制定。除儲(chǔ)能強(qiáng)制采購計(jì)劃外，加州還出臺(tái)了不少激勵(lì)性措施。戶用儲(chǔ)能可以參與加州自發(fā)電激勵(lì)計(jì)劃（SGIP）獲得補(bǔ)貼。按照聯(lián)邦能源管理委員會(huì)（FERC）的要求，CAISO在現(xiàn)有的市場(chǎng)規(guī)則之下完善了儲(chǔ)能參與市場(chǎng)的規(guī)則。

 

三、加州儲(chǔ)能的物理表現(xiàn)及發(fā)展規(guī)劃

 

根據(jù)CAISO報(bào)告，2022年夏季加州最大的發(fā)電資源是天然氣發(fā)電，占夏季最大高峰可用容量的55.8%；其次是水電，占13.3%，太陽能發(fā)電占10.9%，基于其有效承載能力，電池儲(chǔ)能占6.0%，核電占4.5%，風(fēng)電占2.7%，需求響應(yīng)占2.2%，地?zé)崮馨l(fā)電2.2%，生物燃料發(fā)電1.2%，油電0.2%（見圖3）。

 

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠提供系統(tǒng)容量、輔助服務(wù)和靈活容量。其中輔助服務(wù)根據(jù)服務(wù)性質(zhì)可以分為有功、無功、黑啟動(dòng)三類，有功服務(wù)又可以進(jìn)一步分為一次調(diào)頻、二次調(diào)頻等，儲(chǔ)能參加輔助服務(wù)維護(hù)了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)一步保證電能質(zhì)量。

 

儲(chǔ)能在加州還用于應(yīng)對(duì)突發(fā)的電力緊缺。2021年7月9日，俄勒岡州南部發(fā)生森林火災(zāi)，該州中斷了三條州際輸電線路的供電，導(dǎo)致加州電力緊缺，CASIO發(fā)布緊急警報(bào)并快速調(diào)度1GW儲(chǔ)能幫助供電。在森林火災(zāi)發(fā)生后的半年內(nèi)，加州大規(guī)模部署了電池儲(chǔ)能。

 

加州公共事業(yè)委員會(huì)（CPUC）已根據(jù)其綜合資源規(guī)劃（IRP）流程批準(zhǔn)了該州的首選系統(tǒng)計(jì)劃（PSP），未來十年該州將新增18.9GW公共事業(yè)規(guī)模太陽能和15GW表前儲(chǔ)能。也就是說2032年電池儲(chǔ)能裝機(jī)是2021年底的7倍以上，這將在很大程度上改變電力系統(tǒng)的運(yùn)行，從側(cè)面反映了儲(chǔ)能在加州電力系統(tǒng)發(fā)揮了積極作用，并受到系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商和州政府能源主管部門的認(rèn)可。

 

四、加州儲(chǔ)能的商業(yè)模式和盈利情況

 

加州儲(chǔ)能市場(chǎng)商業(yè)模式多樣，當(dāng)前項(xiàng)目收入主要來自于參與調(diào)頻市場(chǎng)，其次是為滿足發(fā)電充裕度，簽訂雙邊采購合同，最后是進(jìn)入電能量市場(chǎng)通過電價(jià)套利（見圖4）。目前加州電能量市場(chǎng)電價(jià)差較小、高電價(jià)持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)，不足以覆蓋儲(chǔ)能成本。未來隨著可再生能源棄電的增加，或現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)幅度的增加，儲(chǔ)能在電能量市場(chǎng)的參與度和收入可能會(huì)提升。從調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，在加州商業(yè)上可行的儲(chǔ)能項(xiàng)目關(guān)鍵在于確保容量服務(wù)合同，并在能量、調(diào)頻等多個(gè)市場(chǎng)中調(diào)度資產(chǎn)。

 

從市場(chǎng)交易變化趨勢(shì)來看，儲(chǔ)能在2021年收益變化特征如下：

 

①自2021年起，儲(chǔ)能項(xiàng)目從能量轉(zhuǎn)移和價(jià)格套利服務(wù)中獲得的收入，比調(diào)頻收入更多。這是因?yàn)檎{(diào)頻價(jià)格在2020年和2019年較高，但在2021年有所下降。由于未來輔助服務(wù)收入回報(bào)可能會(huì)更低，儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商正在尋找其他機(jī)會(huì)。②就單個(gè)項(xiàng)目而言，Pomona等早期儲(chǔ)能項(xiàng)目在批發(fā)市場(chǎng)獲得的收入在2018年達(dá)到峰值，2021年略有降低（見圖5）。這是因?yàn)閰⑴c輔助服務(wù)的儲(chǔ)能數(shù)量超過了市場(chǎng)所需的規(guī)模，新增儲(chǔ)能項(xiàng)目的規(guī)模越來越大，壓低了儲(chǔ)能參與輔助服務(wù)的價(jià)格。③盡管極端電價(jià)飆升時(shí)期顯著提高了2020年和2021年的收入，卻令儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商越來越依賴在幾天內(nèi)獲得較高的回報(bào)。隨著收入不確定性增加，容量合同收入等穩(wěn)定性收入對(duì)儲(chǔ)能變得至關(guān)重要。

 

總體來看，儲(chǔ)能沒有單一的最佳調(diào)度策略。在CAISO儲(chǔ)能有很多方式參與市場(chǎng)，并帶來可觀的收入。而國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能項(xiàng)目收益與加州項(xiàng)目存在較大差距。為了進(jìn)一步做儲(chǔ)能項(xiàng)目商業(yè)量化分析，下面選取加州較早投運(yùn)的項(xiàng)目來觀察收益及變化情況。為便于橫向比較，項(xiàng)目收益和成本均折算為單位兆瓦的數(shù)值。2018-2020年，Pomona項(xiàng)目的批發(fā)市場(chǎng)年收入為36.1萬~39.7萬美元/MW，充電成本為1.9萬~5.2萬美元/MW，年度凈收益為33.9萬~37.7萬美元/MW（見圖5和表1）。

 

根據(jù)2022年7月山東電力交易中心披露的的獨(dú)立儲(chǔ)能參與山東電力市場(chǎng)年收益測(cè)算，某100MW/200MWh儲(chǔ)能電站（簡(jiǎn)稱為A項(xiàng)目）目前收入包括容量租賃、現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)差、容量補(bǔ)償收入三部分。其中，容量租賃單價(jià)為300元/kW，按20%比例租賃，容量租賃費(fèi)約600萬元；現(xiàn)貨市場(chǎng)收益為1256萬元；容量補(bǔ)償收益為300萬元，項(xiàng)目年度凈收益合計(jì)為2156萬元（折合3.32萬美元/MW），距項(xiàng)目盈虧平衡點(diǎn)凈收益6000萬元人民幣（折合9.23萬美元/MW）尚有較大差距。

 

由此可見，加州Pomona項(xiàng)目年收益是山東A項(xiàng)目的11倍，Pomona項(xiàng)目能取得可觀的收入主要原因是容量服務(wù)合同收益高 （容量服務(wù)合同收益占批發(fā)市場(chǎng)收益的35%-40%）、充放電價(jià)差大、放電持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)（是山東A項(xiàng)目時(shí)長(zhǎng)的2倍），調(diào)頻收入高。

 

 

 

 

 

五、對(duì)我國(guó)儲(chǔ)能發(fā)展的啟示

 

電池儲(chǔ)能發(fā)展既由電力系統(tǒng)發(fā)展階段及資源稟賦等因素決定，也受發(fā)展戰(zhàn)略導(dǎo)向、政策和市場(chǎng)機(jī)制等因素影響。不同國(guó)家或地區(qū)，需根據(jù)自身國(guó)情采取合適的推動(dòng)儲(chǔ)能發(fā)展的模式。加州儲(chǔ)能快速發(fā)展是加州電力系統(tǒng)發(fā)展階段、資源條件推動(dòng)的產(chǎn)物，政府也實(shí)施了針對(duì)特定對(duì)象的強(qiáng)制性配儲(chǔ)計(jì)劃、投資補(bǔ)貼政策及其他激勵(lì)措施，并通過制定儲(chǔ)能發(fā)展規(guī)劃，完善政策和市場(chǎng)機(jī)制等保證儲(chǔ)能有合理的利潤(rùn)和生存空間。我國(guó)太陽能發(fā)電較多的地區(qū)未來在靈活性資源和調(diào)節(jié)容量等方面與加州有相似需求，建議： 

 

第一，有需要、有條件的地區(qū)對(duì)儲(chǔ)能示范性項(xiàng)目給予財(cái)政稅收等政策支持。目前我國(guó)對(duì)儲(chǔ)能的總體需求并不強(qiáng)烈，儲(chǔ)能的生存高度依賴市場(chǎng)電價(jià)和政府財(cái)稅政策支持，而社會(huì)對(duì)電價(jià)上漲的承受力有限，現(xiàn)有外部環(huán)境難以支持較大規(guī)模的儲(chǔ)能投入電力系統(tǒng)。儲(chǔ)能是國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)階段需要政策扶持和示范效應(yīng)。政府應(yīng)積極對(duì)示范性儲(chǔ)能項(xiàng)目給予財(cái)稅支持，但也要控制補(bǔ)貼規(guī)模和范圍；同時(shí)可授權(quán)相關(guān)機(jī)構(gòu)跟蹤受惠項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，研究?jī)?chǔ)能與新能源協(xié)調(diào)運(yùn)行技術(shù)、儲(chǔ)能發(fā)展機(jī)制、儲(chǔ)能對(duì)于電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行、可再生能源并網(wǎng)的貢獻(xiàn)、儲(chǔ)能充放電策略優(yōu)化等，為未來儲(chǔ)能大規(guī)模發(fā)展打下良好基礎(chǔ)。

 

第二，創(chuàng)新儲(chǔ)能成本分?jǐn)倷C(jī)制和商業(yè)模式，提升項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能電站參與的輔助服務(wù)類別少，盈利模式單一，沒有合理的收益，社會(huì)主動(dòng)投資意愿不高。建議采用多收益疊加模式，增加儲(chǔ)能項(xiàng)目收益，提升儲(chǔ)能發(fā)展的積極性；對(duì)電網(wǎng)替代型儲(chǔ)能項(xiàng)目成本通過輸配電價(jià)回收。

 

第三，推動(dòng)各地完善儲(chǔ)能發(fā)展的政策框架。我國(guó)對(duì)于儲(chǔ)能項(xiàng)目落地性支持政策仍不完善，而各省電源結(jié)構(gòu)存在較大差異，具體政策的制定需要因地制宜，以地方為主、立足實(shí)際。建議①各省能源主管部門通過研究、示范項(xiàng)目建設(shè)、與利益相關(guān)方廣泛探討，制定儲(chǔ)能中長(zhǎng)期規(guī)劃和相應(yīng)政策；②針對(duì)不同位置和服務(wù)的儲(chǔ)能，制定專門的政策；③探討快速調(diào)頻、爬坡等輔助服務(wù)品種的設(shè)立，進(jìn)一步豐富儲(chǔ)能未來可參與的服務(wù)品種，完善市場(chǎng)機(jī)制和電價(jià)補(bǔ)償機(jī)制，不斷挖掘儲(chǔ)能應(yīng)用的價(jià)值。