Missing Money and Market-Based Adequacy in Deeply Decarbonized Power Systems with Long-Duration Energy Storage
作者: Adam Suski, Elina Spyrou, Richard Green
分类: eess.SY
发布日期: 2025-08-28 (更新: 2025-12-17)
DOI: 10.1109/TEMPR.2025.3648914
💡 一句话要点
研究长时储能在深度脱碳电力系统中基于市场的容量充足性问题
🎯 匹配领域: 支柱四：生成式动作 (Generative Motion)
关键词: 长时储能 容量市场 深度脱碳 电力系统 随机均衡模型
📋 核心要点
- 现有容量市场主要针对传统热力发电设计，无法有效激励长时储能的投资。
- 论文扩展了两阶段随机均衡投资模型，内生化储能的容量认证，使其与储能时长相关。
- 研究表明，容量市场在深度脱碳系统中对长时储能的有效性降低，需要进一步的监管支持。
📝 摘要（中文）
深度脱碳电力系统确保容量充足性的能力可能越来越依赖于长时储能（LDES）。一个核心挑战是，最初围绕热力发电设计的容量市场（CMs）能否在储能成为主要参与者时提供有效的投资信号。虽然最近的研究已经提出了对可变可再生能源和短时储能进行认证的方法，但这些方法在具有大量LDES渗透率的CMs中的有效性在很大程度上仍未得到探索。为了解决这一差距，我们扩展了一个两阶段随机均衡投资模型，通过内生化储能的连续、基于持续时间的容量认证，并将其应用于基于英国的案例，该案例使用了40年的天气驱动的需求和可再生能源概况，并具有不同的排放限制。结果表明，经过良好校准的CMs可以维持接近有效的投资并减轻收入波动，但其有效性在深度脱碳系统中会降低，这突显了它们在支持大规模LDES方面的潜力和监管挑战。
🔬 方法详解
问题定义：论文旨在解决深度脱碳电力系统中，传统容量市场（CMs）在长时储能（LDES）大规模应用时，无法提供有效投资信号的问题。现有容量市场主要围绕传统热力发电设计，对储能的容量认证方法不足，导致储能投资回报不稳定，阻碍了LDES的发展。
核心思路：论文的核心思路是通过内生化储能的容量认证，使其与储能的持续时间相关联。这意味着储能的容量价值不再是固定值，而是根据其能够持续供电的时间动态调整。通过这种方式，容量市场可以更准确地反映LDES对电力系统容量充足性的贡献，从而激励更有效的投资。
技术框架：论文采用一个两阶段随机均衡投资模型。第一阶段，投资者根据对未来电力市场价格的预期，决定各种发电和储能技术的投资组合。第二阶段，电力市场运行，满足电力需求，并确定电力价格。该模型考虑了天气驱动的需求和可再生能源发电的不确定性，并使用蒙特卡洛模拟生成了40年的数据。关键在于，储能的容量认证是内生化的，即在模型中动态计算，而不是预先设定的。
关键创新：论文最重要的技术创新点在于提出了一个连续、基于持续时间的容量认证方法。传统的容量认证方法通常是二元的，即储能要么被认证为具有一定的容量，要么不被认证。而该论文提出的方法允许储能的容量认证值随着其持续供电时间的变化而连续变化，从而更准确地反映了LDES的价值。
关键设计：模型中，容量认证函数的形式未知，需要通过优化算法求解。目标是使容量市场能够提供足够的投资激励，同时最小化电力系统的总成本。此外，模型还考虑了不同的排放限制，以评估深度脱碳对容量市场的影响。具体参数设置和损失函数细节未知。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
研究结果表明，经过良好校准的容量市场可以维持接近有效的投资，并减轻收入波动。然而，在深度脱碳系统中，容量市场的有效性会降低，表明需要进一步的监管支持。具体性能数据未知，但研究强调了容量市场在支持大规模长时储能方面的潜力和挑战。
🎯 应用场景
该研究成果可应用于电力市场设计和监管政策制定，尤其是在可再生能源渗透率高、需要大量长时储能的地区。通过优化容量市场机制，可以促进长时储能的投资，提高电力系统的可靠性和稳定性，加速能源转型，实现深度脱碳目标。研究结果对英国及其他类似电力系统的政策制定者具有参考价值。
📄 摘要（原文）
The ability of deeply decarbonised power systems to ensure adequacy may increasingly depend on long-duration energy storage (LDES). A central challenge is whether capacity markets (CMs), originally designed around thermal generation, can provide efficient investment signals when storage becomes a central participant. While recent studies have advanced methods for accrediting variable renewables and short-duration storage, the effectiveness of these methods in CMs with substantial LDES penetration remains largely unexplored. To address this gap, we extend a two-stage stochastic equilibrium investment model by endogenising continuous, duration-based capacity accreditation for storage and apply it to a Great Britain-based case using 40 years of weather-driven demand and renewable profiles under varying emission limits. Results show that well-calibrated CMs can sustain near-efficient investment and mitigate revenue volatility, but their effectiveness diminishes in deeply decarbonized systems, underscoring both their potential and the regulatory challenges of supporting large-scale LDES.