[論文レビュー] A Comparison of Policies on the Participation of Storage in U.S. Frequency Regulation Markets

Bolun Xu, Yury Dvorkin+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 14, 2016

Smart Grid Energy Management参考文献 4被引用数 27

ひとこと要約

本論文は、エネルギー貯蔵システム（ESS）に影響を与える米国周波数調整市場政策を比較し、報酬対パフォーマンス、高速調整、エネルギー補填メカニズムを評価している。PJMの市場設計は、ESSの調整効率と収益性を高めるが、エネルギーと調整サービスの共同最適化は、全体の系統支援サービスコストを削減し、現代の市場ルール下でESS参加の経済的吸引力を高めていることが判明した。

ABSTRACT

Because energy storage systems have better ramping characteristics than traditional generators, their participation in frequency regulation should facilitate the balancing of load and generation. However, they cannot sustain their output indefinitely. System operators have therefore implemented new frequency regulation policies to take advantage of the fast ramps that energy storage systems can deliver while alleviating the problems associated with their limited energy capacity. This paper contrasts several U.S. policies that directly affect the participation of energy storage systems in frequency regulation and compares the revenues that the owners of such systems might achieve under each policy.

研究の動機と目的

• 米国の地域送電運用機関（RTO）および独立系系統運用機関（ISO）の政策が、周波数調整市場におけるエネルギー貯蔵システム（ESS）の参加と収益可能性に与える影響を分析すること。
• 報酬対パフォーマンス、高速調整、エネルギー補填メカニズムの影響が、ESSの収益性とシステム効率に与える影響を評価すること。
• コスト、容量要件、収益生成の観点から、米国各地域の調整市場におけるESSの経済的・運用的パフォーマンスを比較すること。
• エネルギーと調整サービスの共同最適化が、長時間調整サービスにおけるESSの実現可能性と収益性に与える影響を評価すること。
• 系統の信頼性を維持しつつ、系統支援サービスコストを最小限に抑える中でESS参加を促進する市場設計の特徴を特定すること。

提案手法

• CAISO、PJM、ISO-NE、MISO、NYISOの5つの主要な米国ISO/RTOにおける規制政策を分析し、報酬対パフォーマンス、高速調整、エネルギー補填メカニズムに焦点を当てる。
• 2014年6月から2015年5月までの市場データを用いて、日前市場（DAM）およびリアルタイム市場（RTM）の調整価格、マイルレージ報酬、パフォーマンス要因を比較する。
• 信号追従精度と遅延に基づくパフォーマンス要因モデルを適用し、PJMは相関性と精度を含むより複雑な指標を用いている。
• 調整容量要件とエネルギー補填ルールを評価し、1MWの調整に対する最小エネルギー容量（例：CAISOでは0.25 MWh/MW、PJMのRegDでは0.25 MWh/MW）を含む。
• 共同最適化アプローチを比較：CAISOはエネルギーと系統支援サービスを共同最適化しているが、PJMはより複雑な多カテゴリー共同最適化を採用しており、コストが増加する。
• 1MWhの負荷当たりの調整コストを数量化し、公開データソースからの歴史的入札価格を用いて、市場間の総系統支援サービスコストを比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 報酬対パフォーマンス政策は、米国周波数調整市場におけるエネルギー貯蔵システム（ESS）の収益性と競争力にどのように影響を与えるか？
• RQ2 高速調整政策は、PJMのような市場におけるESS参加とシステム効率にどのような影響を与えるか？
• RQ3 エネルギー補填メカニズム（例：最小エネルギー容量要件）は、ESSが持続的な調整サービスを提供する能力にどのように影響を与えるか？
• RQ4 調整コスト／MWh（負荷）および総系統支援サービスコストの観点から、異なる市場設計の相対的なコスト効率はどのようになるか？
• RQ5 エネルギーと調整サービスの共同最適化は、ESSの収益性と市場全体の効率性にどのように影響を与えるか？

主な発見

• PJMの市場設計、特に報酬対パフォーマンスと高速調整を組み合わせることで、調整コストは約2$/MWhにまで上昇するが、これは複数の系統支援サービスカテゴリーを含むより複雑な共同最適化プロセスによるものである。
• CAISOのエネルギーと系統支援サービスの共同最適化は、高い調整容量要件にもかかわらず、総系統支援サービスコストを$0.3/MWhにまで低く抑え、PJMの$2/MWhよりも低い。
• PJMにおける報酬対パフォーマンスと高速調整の組み合わせにより、市場全体の調整調達要件が30％削減され、システム効率が向上した。
• CAISOにおけるESSは、1MWの調整に対して最小0.25 MWhのエネルギー容量を必要とするが、PJMのRegDも同様に0.25 MWh/MWであり、エネルギー補填ルールが類似している。
• MISOやNYISOのような市場では、マイルレージ入札価格がほぼゼロであり、最終的な調整価格にほとんど影響を与えていないため、高マイルレージ性能に対する財政的インcentiveが限定的であることが示唆されている。
• ISO-NEのエネルギー中立的調整政策とATRR制度により、調整容量要件は$30–130 MWにまで低く抑えられ、コストは$30Mにまで抑えられ、他の市場と比較してESSにとってより有利な環境となっている。