近日，太原理工大学孙宏斌教授团队联合美国哥伦比亚大学、英国剑桥大学、清华大学清华-伯克利深圳学院等团队合作，在《焦耳》杂志发表论文《电力市场设计如何影响储能参与经济高效的脱碳进程》，关注了从早期到深度脱碳阶段，电力市场设计如何影响储能对降低运行成本与碳排放的贡献。
?专刊封面。受访者供图
全球对净零排放的迫切需求、储能成本的不断降低以及各国政策的支持，推动着电力系统中储能容量的不断增加。在加州、德克萨斯州、澳大利亚和德国等国家和地区，研究人员发现能量市场已经取代调频市场成为储能参与的主要市场。
储能可以利用低成本零排放的风能或太阳能进行充电，以替代化石能源来满足电力需求，从而实现低成本脱碳的目标。然而，在以北美为代表的自由电力市场中，储能主要追求自身利益而非社会经济环境效益，储能的充放电并非仅仅基于降低系统成本或碳排放的需求，还受到储能竞价、发电机竞价、负荷需求和可再生能源份额等因素的影响。
在这一背景下，研究团队研究了在不同市场参与方式下，储能对脱碳进程的贡献，建立了两阶段市场模型，通过储能投标和市场出清的算法和模型创新，考虑了以往被忽视的储能自身对市场出清结果的影响。
研究团队发现储能参与电力市场存在饱和效应，即增加储能容量可能会增加运行成本和碳排放。这一现象的原因是现有的储能市场参与机制不合理，现有市场机制要求储能与发电机负荷一样竞价，而储能的报价是基于其对未来电价的预测；但是在实际市场中，储能的充放电行为则会影响未来电价。因此，储能容量越大，其报价会越偏离市场需要，对系统的贡献也会随之降低甚至产生反作用。
研究显示，在现有市场机制下，更深层次的脱碳需要用户负担更高的电力成本。如果可以通过政策激励引导储能合理参与日前市场与实时市场，提高储能容量可以在一定程度上提升社会经济和环境效益，实现低成本脱碳。
论文第一作者为剑桥大学2021级博士研究生、清华大学2020届硕士秦鑫，通讯作者为太原理工大学孙宏斌教授、哥伦比亚大学徐博伦助理教授，合作者为剑桥大学Ioannis Lestas教授、清华大学清华-伯克利深圳学院郭烨副教授。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.05.014
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