改革资源充足性实践确保清洁能源转型的可靠性（英）

改革资源充足性实践并确保清洁能源转型的可靠性 莫莉罗伯逊,凯伦·帕尔默和托德Aagaard 报告23-052023年5月 关于作者 莫莉罗伯逊是RFF的研究助理，致力于与电力部门相关的主题，包括电网脱碳，电气化和电力市场设计。她还为RFF在公平社区过渡和环境正义方面的不断发展的工作做出了贡献。她拥有密歇根大学福特学院的公共政策硕士学位。 凯伦·帕尔默是RFF的高级研究员，也是电力部门环境，气候和公用事业监管经济学方面的专家。她的工作旨在改善该行业的环境和技术法规的设计，并开发新的机构，以帮助指导电力部门的持续转型。为此，她探索了气候政策设计，分析了促进使用可再生和其 他清洁电力的有效方法，并研究了新的市场设计、新的电价方法和监管改革，为电力供应的长期脱碳和能源经济的电气化铺平了道路。 托德Aagaard是RFF的访问学者，自2008年以来一直是维拉诺瓦大学查尔斯·威杰法学院的教职员工。他于2015年至2019年担任法学院副院长。他的学术重点是环境法、能源法和行政法。他的著作包括能源环境政策联盟90洗。l.启1517(2015);环境法在佳能89印第安纳。l·j·1239(2014);环境危害、使用冲突和环境法中的中立基线60杜克l·j·1505(2011);作为法律领域的环境法：法律分类学探究康奈尔大学,95l.启221(2010);和代理复核案件中法定解释的事实前提，77Geo.Wash.L.Rev.（2009）。此外，他还是练习环境法律，由基金会出版社于2017年出版的基于实践的环境法案例集。 确认 本文包括来自RFF主办的仅限受邀者参加的研讨会的见解。我们要特别感谢该活动的演讲者 ：WalterGraf（PJM），MadelineMohrman（NYISO），NickPappas（NP咨询），MatthewBarmack（Calpine），JamesBushnell（加州大学戴维斯分校），AndrewKleit（宾夕法尼亚州立大学），ChiaraLoPrete（宾夕法尼亚州立大学），KathleenSpees（BrattleGroup）和SusanTierney（分析组）。 关于复位触发器 未来资源（RFF）是华盛顿特区的一家独立的非营利研究机构。其使命是通过公正的经济研究和政策参与来改善环境、能源和自然资源决策。RFF致力于成为最广泛信任的研究见解和政策解决方案的来源，从而带来健康的环境和繁荣的经济。 工作文件是其作者为提供信息和讨论而分发的研究材料。他们不一定经过正式的同行审查。此处表达的观点是个别作者的观点，可能与其他RFF专家，其官员或其董事的观点不同。 分享我们的工作 我们的作品可在署名-非商业性使用-禁止衍生品4.0国际（CCBY-NC-ND4.0）许可下进行共享和改编。您可以以任何媒介或格式复制和重新分发我们的材料;您必须提供适当的信用，提供许可证的链接，并指出是否进行了更改，并且您不得应用其他限制。您可以以任何合理的方式这样做，但不得以任何方式暗示许可方认可您或您的使用。您不得将材料用于商业目的。如果重新混合、转换或构建材质，则不得分发修改后的材质。有关更多信息，请访问https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/. 内容 1. 2. 3. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 4. 5. 1.介绍 《降低通货膨胀法》和鼓励电力部门脱碳的各种国家政策预计将加速可再生能源的扩散。这些资源虽然对减少碳排放至关重要，但对传统的资源充足性框架提出了一些挑战，这些框架旨在确保有足够的能源来满足电力需求并防止系统停电。间歇性资源和存储功能通常难以集成到传统框架中，因为它们提供的可靠性服务取决于整个资源组合、季节甚至一天中的时间 。监督许多司法管辖区资源充足性的独立系统运营商和州监管机构正在考虑进行各种改革，以更准确地评估多样化的能源结构如何影响可靠性。资源充足性规划者试图确保不同的资源类型因其对可靠性的贡献而得到适当的补偿，并在调用时有适当的激励来执行。改革办法可以解决影响能力需求的因素，例如重新审查确定储备要求的基础，以及影响供应的因素，例如将能力信贷分配给燃料供应和极端天气运行面临不确定性的间歇性资源和其他资源。本报告介绍了资源充足性规划的新挑战、改革方案以及RFF主题专家研讨会的见解。 2.今天资源充足 独立系统运营商（ISO）、区域输电组织（RTO）和平衡机构负责确保发电资源能够满足电力需求2，但须遵守10年一遇停电概率的长期行业标准。资源充足性（RA）通常可以通过国家或垂直整合公用事业公司的集中采购、有组织的容量市场或受中央机构制定的共同标准的负载服务实体（LSE）的分散采购来解决.3所有这些RA流程都始于规划和评估未来需求：对预计电力负荷的分析，包括对系统的潜在冲击（例如意外的热浪导致空调的能源需求增加 ），以及考虑除了能源供应变化之外还可以适应这些意外波动的储备裕度。所有RA规划方法均分析 1RFF活动于2023年2月举办，受查塔姆研究所规则的约束，因此无法参考特定专家。 2长期运行的行业标准是10年一次的中断率，尽管对该标准的解释因地区而异。 3垂直整合的公用事业公司发电、输送到负载中心并充当负载服务实体，还必须计划如何适当地获取足够的资源来满足客户需求。 系统中不同的资源类型和生成器在不同条件下的预期性能。 这些规划工作揭示的解决供应短缺的方法因区域而异。在像加利福尼亚州这样的分散式RA采购地区，如果预测到短缺，那么该州的RA规则和指南将促使LSE通过采购流程购买更多的发电能力以缩小差距。加州公用事业委员会（CPUC）就不同资源的可靠性值以及LSE如何计算其资源组合的可靠性建立了集中指南。 相比之下，容量市场结构允许发电商独立投标以提供容量。像PJM这样的容量市场运营商要求LSE购买运营商确定足以满足峰值需求的容量数量以及储备保证金.4系统运营商根据其发电类型和其他因素制定哪些发电机可以参与市场以及其容量价值的规则。然后，发电商可以在容量市场中出价（以特定价格提供特定数量的容量），以反映其提供容量的意愿。提供容量使资源有义务参与能源和辅助服务市场，并可能因未能在需要时提供和/或提供电力而受到处罚。对未能遵守资源充足性要求的LSE和未能履行产能义务的供应商的分散采购方法也适用处罚。 尽管这些RA方法之间存在许多差异，但它们目前面临的挑战是相似的：（1）新一代技术使估计给定时间可用发电量的任务复杂化;（2）确定不同资源对RA贡献的方法可能对电网脱碳速度产生影响;（3）高估电力容量需求会推高消费者的成本，低估需求会威胁可靠性。这些挑战需要新的RA规划方法，而确保可靠性的风险规避性质使RA规划变得复杂。下面我们将讨论美国各地正在探索的改革领域。 415%是装机容量方面的共同储备利润率，但一些市场使用较低的UCAP目标。 3.为未来调整资源充足性方法 随着电网脱碳，RA管家必须适应不断变化的发电和需求性质。我们探讨了RA规划和相关采购机制正在发生变化的五个领域：（1）RA规划者如何模拟未来的电力需求和发电供应;（2）考虑额外资源的边际价值如何更有效地确定所需资源;（3）与可再生资源类似的热力资源认证如何帮助确定可靠性差距;（4）如何改变惩罚结构，为容量市场的表现提供激励;（5）如何按小时计算发电机的可用性和需求可以更准确地捕捉系统需求。我们将在下面探讨与每项改革相关的动机和挑战。 3.1.现代化代建模 RA建模估计未来的电力需求和供应，以确定避免短缺所需的发电资源量。建模分析通常考虑三个相互作用的风险类别：意外的需求激增、系统性供应减少以及特定于资源的供应减少。 一般来说，如果建模者集成了与特定资源相关的风险的更精细的信息，则RA建模会更加准确和有用。 建模人员寻求有关不同类型的发电机何时可用，发电设备在不同条件下的性能以及需求如何季节性甚至每小时波动的详细信息。 然而，即使使用了详细的模型并考虑了许多未来情景，用于为这些分析提供信息的数据也可能无法完全反映未来的风险。对供需的预测需要可能引入不准确的假设，但历史数据可能无法预测未来情况。例如，2021年2月风暴乌里之后德克萨斯州发生的事情表明，天然气基础设施在寒冷天气下可能不可靠;然而，自2021年以来的基础设施升级可能降低了未来关闭的可能性（TPUC2022）.5RA建模者如何将新技术纳入其风险评估，以及他们应该在多大程度上依赖历史观察和数据来预测未来中断的频率？如果极端天气事件更频繁地发生，气候变化可能会使这个问题进一步复杂化。参加RFF资源充足性讲习班的专家 5专家们不同意德克萨斯州天然气基础设施改革在多大程度上解决了导致2021年事件期间能源短缺的问题。缺乏共识使RA规划者的决策过程复杂化，并为第4 小节中的对话提供了信息。 强调需要了解低频率、高影响事件如何影响资源充足性规划，应对其进行修改以更好地捕捉未来风险。 需求概况的变化也为改进建模提供了机会。电气化的增加可能会极大地改变峰值负载或改变其时间（Bistline等人，2021年）。用于RA分析的许多模型依赖于系统可获得多少灵活需求的假设（CPUC2019），但需求响应机会的程度以及它们如何塑造负载曲线尚不确定。在家庭（屋顶太阳能）或园区（微电网）层面增加分布式发电也可能扩大系统负荷和净峰值负荷之间的鸿沟，特别是当相同的可再生能源发电类型在公用事业层面激增时。电网需求的这些变化正在迅速发展，并且受到联邦和州政策变化的高度影响。RA规划者可能需要更多地依赖偏离历史趋势的未来需求预测。 3.2.采用边际利高 将新技术添加到发电组合中可能会使评估资源对可靠性的贡献变得复杂。容量市场允许具有不同能力的资源为其容量服务提交投标。然后，市场运营商调整这些数量投标，以创建可替代的容量产品。分散的RA流程，例如在加利福尼亚州，也使用资源调整来帮助LSE确定适当的资源组合和每种资源的预期平均贡献。低估资源可能导致过度采购;高估资源会导致短缺。此外，低估或高估某些资源比其他资源更会扭曲激励措施，这可能导致产能和发电效率低下。如果发电机向容量市场出售的报价准确反映了其满足系统需求的能力，则可以仅根据每兆瓦的最低成本接受投标。 调整资源反映能力的最常见方法可靠的容量称为有效承载能力（ELCC）。ELCC传统上表示资源在资源充足性受到质疑的峰值负载时满足需求的能力。具体来说，ELCC衡量资源对可靠性的贡献，作为增量的电力需求，可以通过将该资源添加到系统中来满足（Garver1966）。ELCC通常表示为资源“铭牌”容量的百分比，它反映了资源在给定时间可以实际生成多少。太阳能等间歇性资源具有较低的ELCC评级，因为在发生可靠性事件时它们可能不可用。因此，运力市场的间歇性资源供应被“降级”，因此它们可以与天然气和核能等固定资源相提并论。 尽管ELCC是一个常用指标，但其计算方式因地区而异。例如，PJM目前使用“平均ELCC”方法 ，该方法根据资源类别的平均贡献来评估资源类别对容量的贡献。 涵盖所有级别的市场渗透率，包括额外和现有产能。相比之下，“边际ELCC”仅根据额外资源的边际效应来评估资源类别对资源充足性的贡献，而额外资源的边际效应由于相关的可用性风险而下降6。 选择边际或平均ELCC认证会极大地影响容量市场中的资源价值。一项研究发现，在平均方法下，ELCC为43%的新英格兰存储资源在边际方法下的价值仅为17%（Olson等人，2021年）。另一项研究发现，在平均ELCC方法下，PJM中的太阳能资源评级为20%，但在边际ELCC制度下仅为1.3%（PJM市场监测2021）。边际ELCC背后的理论表明，这些低认证是一个适当的信号，表明当这些资源的供应已经饱和时，额外的存储和太阳能不会提供那么多的可靠性价值。 NYISO最近采用了边际ELCC方法，为额外的产能投资提供更准确的价格信号，并通过根据边际产能贡献选择和补偿资源来降低消费者的