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近日，太原理工大學孫宏斌教授團隊聯合美國哥倫比亞大學、英國劍橋大學、清華大學清華-伯克利深圳學院等團隊合作，在《焦耳》雜志發表論文《電力市場設計如何影響儲能參與經濟高效的脫碳進程》，關注了從早期到深度脫碳階段，電力市場設計如何影響儲能對降低運行成本與碳排放的貢獻。
?專刊封面。受訪者供圖
全球對凈零排放的迫切需求、儲能成本的不斷降低以及各國政策的支持，推動著電力系統中儲能容量的不斷增加。在加州、德克薩斯州、澳大利亞和德國等國家和地區，研究人員發現能量市場已經取代調頻市場成為儲能參與的主要市場。
儲能可以利用低成本零排放的風能或太陽能進行充電，以替代化石能源來滿足電力需求，從而實現低成本脫碳的目標。然而，在以北美為代表的自由電力市場中，儲能主要追求自身利益而非社會經濟環境效益，儲能的充放電并非僅僅基于降低系統成本或碳排放的需求，還受到儲能競價、發電機競價、負荷需求和可再生能源份額等因素的影響。
在這一背景下，研究團隊研究了在不同市場參與方式下，儲能對脫碳進程的貢獻，建立了兩階段市場模型，通過儲能投標和市場出清的算法和模型創新，考慮了以往被忽視的儲能自身對市場出清結果的影響。
研究團隊發現儲能參與電力市場存在飽和效應，即增加儲能容量可能會增加運行成本和碳排放。這一現象的原因是現有的儲能市場參與機制不合理，現有市場機制要求儲能與發電機負荷一樣競價，而儲能的報價是基于其對未來電價的預測；但是在實際市場中，儲能的充放電行為則會影響未來電價。因此，儲能容量越大，其報價會越偏離市場需要，對系統的貢獻也會隨之降低甚至產生反作用。
研究顯示，在現有市場機制下，更深層次的脫碳需要用戶負擔更高的電力成本。如果可以通過政策激勵引導儲能合理參與日前市場與實時市場，提高儲能容量可以在一定程度上提升社會經濟和環境效益，實現低成本脫碳。論文第一作者為劍橋大學2021級博士研究生、清華大學2020屆碩士秦鑫，通訊作者為太原理工大學孫宏斌教授、哥倫比亞大學徐博倫助理教授，合作者為劍橋大學Ioannis Lestas教授、清華大學清華-伯克利深圳學院郭燁副教授。