清华大学夏清：以分时容量电价度量储能价值，激励新能源与储能协同发展

　　12月1日，2022第七届中国储能西部论坛成功举办。论坛以“大规模新能源应用与储能协同发展机制研讨”为主题，围绕储能应用、关键技术、市场机制等方面，共同探讨了西部储能发展问题，推动储能在大规模新能源领域的健康发展。

　　清华大学教授夏清在主旨报告环节，发表了题为《激励新能源和储能协同发展的机制设计》的精彩演讲。他表示，新型电力系统是以新能源、电网、储能、主动负荷重构能源系统，只有满足激励相容的机制，才能激活各环节的活力，激发源网荷储高效精准的互动，激励新能源与储能协同发展。

　　他认为，在以新能源为主的电力市场体系中，电力现货市场可以精细刻画每一时段的电能价值，以分时容量电价度量储能的价值，进而激励新能源与储能协同发展。

以下为夏清教授发言实录：

　　双碳目标下，新能源爆发式增长，将重构电力系统物理形态。具体到储能行业，我们现在需要多时空尺度储能体系，按照时间尺度：短期储能(平抑电力不平衡)和长期储能(平抑能量不平衡);按照空间尺度：电源侧储能(调峰、调频)、电网侧储能(延缓电网投资)、用户侧储能(需求侧响应)，将来储能是无处不在的。

　　之所以这样说，是因为要解决好两个不平衡问题，要把能量像海绵吸水一样的吸引在电网的每一个角落，随时支撑着电网的供需平衡，解决空间和时间上的不平衡，所以储能将重构电力系统。

　　然而，当讲到技术和产业时，往往又不能忽视一个重要的话题——机制体制。制度经济学里的核心思想是：所有的创新都是结果，而制度是创新的源泉和动力。为什么是动力呢?因为机制使得所有的技术的价值得以全面的发挥了。

　　那我们有机制吗?有。现在中国的电力市场建设已经如火如荼全面开展了。从年度、月度、周、日、实时等形成了一个持续递进的新型市场体系。有现货市场，日前日内实时辅助服务市场够吗?有什么新的问题吗?这里引出了第二个话题，当前电力市场体系存在着什么样的问题?特别是在高比例新能源的体制下存在怎样的问题?这样的体制，对储能价值的发现又存在什么样的问题?我在呼吁各界要重视这个问题。

　　为了说明这个问题，先回顾电力现货市场的一个基本的原理。如下图所示，新能源、水电、火电都有报价，这些报价会形成在某一个时段里的排序，最后形成了粉红色的火电，最后一个满足系统负荷的基础报价就成为这个时段的边际价格。这样的边际价格对新能源就开始定价了，因为火电是有变动成本的，所以此时所有的新能源都是价格的接受者，这就是现货市场的最精髓之处。

　　当新能源比例高到一定程度时，主要带来以下几个挑战：

　　第一，现货市场价格信号“消失”，灵活调节资源不足。因为火电是有变动成本的，新能源主要是固定成本，边际成本很小。而火电数量的急剧减少，失去了边际电价定价功能，这时要靠什么来定分时电价?

　　第二，容量定价困难。新能源的有效容量是逐日逐时逐地变动着的，不像火电，想要新容量时就能够顶上。而新能源是动态变化的，想要时不一定有，所以容量电价如何定也是一个难题，即缺乏对新能源固定成本的定价机制。

　　第三，新能源消纳成本分摊呼唤公平合理的机制。有人说新能源是非常好的清洁能源，没有外部成本，其实它虽然没有碳排放的外部成本，但它有系统为此提供灵活性而产生的巨大的调剂成本。现在关键的问题是这一成本由谁来承担?不同的新能源装储能与不装储能，系统为他付出的成本是不一样的，用户也是如此，装储能，不装储能，曲线波动性是不一样的。所以它的成本怎样公平的分摊给所有的用户以及所有的新能源?我们呼唤有一种价值的度量，对储能进行价值肯定。

　　我国储能正在高歌猛进的发展，但是下一步如何让储能产业健康的高质量发展?用什么的机制让储能运行起来又创造价值呢?这就引出下一个话题——现在的储能政策到底面临着怎样的难题：

　　新能源企业配比储能，加重企业经营负担。

　　储能充放电量安排与新能源企业利益直接相关，调度的公平性监管难度大。

　　迫切需要市场机制度量储能的价值。

　　有人说，现在不是有峰谷电价吗?但现行峰、平、谷电价是固定的，难以反映真实供需关系。并且峰、平、谷时段固定，无法准确反映新能源出力的时序波动。

　　当价格不能反映供求关系变化时，怎样让新能源这种资源造成的稀缺性和储能在此时发挥的作用如何体现?只有电力现货市场才能精细刻画每一时段的电能价值。我们希望现在的机制具有这样的功能：

　　日前市场分时的价格信号能够激励储能、需求侧响应、调峰资源的交易行为，激励电化学储能平抑新能源发电短时间尺度的波动性、跟踪负荷的时变性;

　　实时市场的尖峰电建能够能够激励储能套利行为和需求侧动态响应;

　　调频市场的价格信号能够激励储能以更快速的方式确保更细时间尺度内的电力供需平衡。

　　这三个方面将彻底改变未来的调度方式，未来的电网将是源-网-荷-储，储能将成为一个重要的环节，这一环节的价值功能被发挥出来就需要体制机制，好在现在现货市场一些文件已经出来，这些方面也产生了一些悄然变化。

　　新能源比例越来越高，到底怎么样运行这个系统?我们提出了以新能源为主的新型电力市场体系的构想，要把新能源单独进行组织一个市场交易品种，把所有的其他的为新能源配合的叫做灵活性市场，还有一个是绿色证书市场。

　　新能源跟普通的化石能源为什么不能放在一起呢?它的成本属性发生了颠覆性的变化，一个是正的外部成本，一个是负的外部成本，一个是以固定成本为主，一个是以燃料为主，运行成本为主。

　　那么在这个市场里用户怎么参与?所有市场成员都是在以基于多市场均衡的理论，在不同的市场里进行着选择，这种选择促进了这几个市场的协同发展。新能源和非新能源的市场，怎么去切换，靠的是用户的选择。今天我想画龙点睛说一句：市场的本质精髓在于一定要把选择的权利交给用户。由于用户逐利的行为，选择的行为，使各个市场之间在进行了全成本的一种均衡的过程。

　　新能源的日前市场到底怎么做?基于新能源固定成本时序分摊的分时容量定价机制。用户自己知道应该怎样主动把成本分摊到每天，分摊到每天以后，根据供求关负荷曲线的供求关系，再分到每一个时，这就是通过竞争与刚才传统的现货市场对称的形成了各时段的分时的容量电价。这里关键词叫分时的容量电价，过去叫分时电价，现在加了容量电价，因为新能源都是实时变化的，这样出力以后，分析容量电价，这是最宝贵的价格信号，它给出了对储能在不同时刻的价值度量。没有每个时段的分时电价，很难对储物进行定价过程。

　　基于新能源固定成本分摊的竞争性容量定价机制。如图，新能源1正向调峰获益比较多，而新能源2反向调峰获益就少，这其中有一种价格在激励新能源装储能。

　　其机制有效性分析(1)发现新能源差异化容量价值，引导灵活性资源投资。以分时容量电价度量储能的价值，进而激励新能源与储能协同发展。市场最本质的是，总是以价格信号去引导做什么，这就是市场真正的魅力和资源优化配置水平的高效所在。(2)分时容量电价能够激励用户提升储能需求侧响应的能力，用户用电成本高激发用户投资储能，削峰填谷。为什么国外用户侧储能大幅发展，因为始终用价格信号引导着荷源的发电、用电的行为，使其在源荷这个空间上变得更加匹配，这就是制度伟大的力量所在。

　　再谈谈灵活性资源的市场机制设计。以市场方式发现灵活性资源的价值，首先让用户选择用绿电，不平衡的的部分就交给灵活性市场。在灵活性市场里，各种灵活的火电、抽水蓄能、虚拟电厂等都充分去竞争，形成一个市场供求曲线，其分时价格也就这样形成了。

　　于是在用户灵活性日前市场上可以进行这样的分摊。即谁产生的成本谁去承担，比如新能源的预测偏差，谁的偏差越大谁就承担更多成本，这符合经济学原理。如果不让其承担应有的成本，就会导致资源优化配置的错配，产生一个很糟糕的问题，叫“搭车现象”。

　　当既有了价格机制，又有了成本分摊，储能也逐渐找到价值定位。这样新能源和储能才能像一对孪生姐妹一样共同发展。

　　我们希望未来的市场机制达到这样一个最高境界，将激励源网荷储的协同运行的一种新模式：在发电侧，负荷侧分布式地安装储能，“熨平”新能源出力和负荷曲线，将系统电力平衡转变为电量平衡，减少为满足尖峰负荷投资的输电线路。

　　最后总结，新型的电力系统是以新能源、电网、储能、主动负荷重构能源系统，只有满足激励相容的机制，才能激励各个环节的活力，激发源网荷储高效精准的互动，激励新能源与储能的协同发展。