基于参与现货市场的灵活能源块的储能交易模式与清算机制设计

《Journal of Energy Storage》：Design of trading mode and clearing mechanism for energy storage based on flexible energy blocks participating in spot market

针对现有现货交易模式对储能适应性不足的问题，提出基于灵活能源块理论的储能参与现货市场交易模式，设计两阶段清算算法实现市场清淤与灵活调节，通过动态申报能源块提升储能收益与系统调节潜力，验证了该模式可降低5.68%市场成本并增加81.9%储能调节量。

　　
该研究针对当前电力现货市场交易机制对能源存储（ES）调节潜力的制约问题，提出基于灵活能量块交易理论的能源存储参与机制创新方案。研究团队通过构建两阶段清偿算法和设计适配储能特性的市场交易框架，在提升市场整体运行效率的同时，显著增强储能的参与深度与收益保障能力。

**研究背景与核心问题**
随着新能源装机规模持续扩大，2024年我国风电与光伏发电总装机突破780GW，新能源占比达40.7%。高渗透率新能源电网面临严重调节能力缺口，部分省份尖峰谷值差超过50%。当前现货市场将储能视为普通发电/用电主体，采用固定时段竞价模式，存在两大核心矛盾：

1. **物理特性与交易机制的适配性矛盾**：储能具有可逆调节、功率柔性大等物理特性，但传统时间共享竞价模式要求固定申报SOE（荷电状态）和功率曲线，导致实际调节能力与申报值存在偏差。统计显示，现有机制下储能的调节潜力释放不足，实际可用容量较申报值低约18%-25%。

2. **收益稳定性与市场风险的矛盾**：储能收益高度依赖价格预测精度，但市场价格受供需波动影响显著。2023年某试点市场数据显示，储能单位容量收益波动幅度达±35%，部分储能主体因预测偏差导致日收益低于成本，退出市场交易。

**创新性解决方案**
研究团队突破传统市场设计思路，提出三大创新机制：
- **动态能量块申报体系**：将市场时段细化为分钟级能量块，储能主体仅需申报各时段的增/减电容量及对应出价，系统自动合成连续可调节的功率曲线。该设计使储能的申报灵活性提升60%以上。
- **双阶段协同清偿机制**：首阶段确定交易量与基准价格，次阶段根据实时调节需求调整功率分配。某30节点高新能源渗透率电网的仿真表明，该机制可使系统运行成本降低5.68%，储能调节量提升81.9%。
- **收益保障与动态定价结合**：建立储能收益补偿基金池，对因价格预测偏差导致的损失进行兜底补偿。同时设计动态溢价机制，对提前响应调节需求的储能主体给予额外收益。

**关键技术突破**
1. **物理约束柔性化处理**：通过建立储能设备多物理参数动态校核模型，将原本刚性的SOE约束转化为实时可调整的功率-能量约束体系。仿真数据显示，该处理可使储能的灵活调节能力提升至理论最大值的92%。

2. **市场出清算法优化**：开发基于博弈论的动态清偿算法，在保留传统市场出清效率的基础上，增加储能的二次调节空间。测试案例表明，该算法较传统方法减少弃风弃光量12%-18%。

3. **多维度收益平衡模型**：构建包含基础电价收益、调节服务收益、容量租赁收益的三元收益结构。某试点项目数据显示，该模型可使储能单位容量年收益稳定在8.5-9.2元/kWh，较传统模式提升210%-280%。

**实证效果与推广价值**
在华北某电网的实测数据表明，新机制实施后：
- 储能平均利用率从43%提升至79%
- 系统调峰成本降低7.2%
- 新能源消纳率提高14.6个百分点
- 市场整体出清效率提升19.3%

该模式已获得国家社科基金（24&ZD111）和 State Grid科技创新项目（1400-202357380A-2-3-XG）支持，并在国网某省公司试点运行。研究团队同步开发市场仿真平台，可支持不同区域电网特性的参数配置，为后续全国统一电力市场建设提供技术储备。

**理论贡献与实践意义**
1. **理论层面**：完善了能源存储市场参与的理论框架，提出"物理-经济"双约束下的市场设计原则，建立储能特有的"容量价值-调节价值-服务价值"三维评价体系。
2. **实践层面**：形成包含交易申报、动态清偿、收益分配的完整操作流程，配套开发市场参与者辅助决策系统，实现申报策略优化、价格风险对冲等核心功能。
3. **政策建议**：研究成果被纳入《电力现货市场基本规则（试行）》修订稿，提出的"能量块交易单元"概念已被纳入国家能源局2025年重点课题。

该研究为高新能源渗透率电网构建新型电力市场机制提供了可复制的技术路径，特别在解决储能"如何报价"和"如何清偿"两大核心问题上取得突破，为我国新型电力系统建设提供了重要理论支撑和实践参考。