德国储能电池收益指数（Battery Revenue Index）储能在德国的收益模式

德国亚琛工业大学（深度电厂的本硕母校）ISEA研究所正在与enspired GmbH公司共同开发德国储能电池的收益指数，旨在展示大规模储能系统在电力现货市场与电网辅助服务方面的收益潜力，为投资者、项目开发者和交易者提供一个参考标准，以便他们更好地评估潜在收益。该指数由Jonas Brucksch和Jonas van Ouwerkerk开发。该指数考虑了现货市场（日前拍卖、日内拍卖、日内持续交易）以及调频市场（FCR、aFRR）收益。

首先来了解德国储能在各个单一市场上的收益方式。

现货市场

储能在德国参与的现货市场包括日前市场（DA）、日内拍卖市场（IDA1）和日内连续市场（ID1）。日前市场和日内拍卖市场在交割的前一天关闭交易窗口，指数中的价格可以实际进行交易。ID1指数是指合约在日内持续市场中最后一个交易小时内所有持续交易的加权平均价格。ID1指数旨在简化日内持续交易的过程，其中买卖报价为按秒匹配。

DA、IDA1和ID1指数数据源来自以下三个市场：

在计算储能在现货市场上的收益时，需要考虑单次交易收益能否覆盖交易电量对应的电池衰减成本、电池SOC范围、电池DOD、电池容量与最大充放电功率等因素。

调频储备市场（FCR）

FCR stands for Frequency Containment Reserve. 

在计算FCR收益时，需要从日常拍卖结果中获取6个价格（每个4小时时段对应一个价格），然后将这些价格与电池在FCR市场的可用功率相乘。

拍卖采用按出清价格支付机制，因此市场区域内只有一个统一的价格。每个参与者都提供直接的、并行的FCR服务，因此每个时段只有一个价格。

在执行FCR服务时，电池系统的可交易功率限制为其额定功率的80%。除此之外，电池运营商需要保留25%的额定电池功率用于SOC管理。

自动调频储备市场（aFRR）aFRR stands for Automatic Frequency Restoration Reserve.

在aFRR市场中，电池系统可以同时活跃于容量(MW)市场和能量(MWh)市场。在容量市场中，电池储备用于调频的功率。在能量市场中，电池通过充放电来直接参与调频，以使电力系统频率在偏差时恢复至50Hz。目前，电池收益指数仅考虑容量市场，但电池收益指数后续的开发阶段会将能量市场纳入考量。

假设电池运营商在正向和负向容量市场中进行对称竞价（SOC = 50%）。假设电池储备1h的调频功率，且暂时忽略1MW的入市门槛，则1MWh的2小时电池系统可以在充放电两个方向各储备0.5MW，1小时电池系统则储备0.25MW。

aFRR容量市场拍卖采用按出价支付机制，因此同一市场区域内存在多个价格。价格按照每MW和每4h区块给出，价格需要乘以4得到每MWh的价格。由于参与者可以在充放电两个方向上进行并行竞价，为此，收益计算基于这12个价格（每个方向6个）与aFRR的可用功率相乘。如果电池系统配备能够通过批发交易（现货、中长期等）提供4小时aFRR服务的能量管理系统（EMS），则电池系统运营商仅需储备1小时的功率交付。如果电池系统没有这些SOC管理操作，电池系统将需要通过预留容量来保证完整的4小时功率交付。在这种情况下，电池系统在理论上可以在没有任何批发交易的情况下提供4小时的aFRR服务。电池收益指数建模将2小时功率储备作为有无EMS情形的折中方案。由于电池收益指数考虑电池系统在充放电两个方向上都提供aFRR服务，为此，每个方向最多只能提供电池容量的一半。

基于上述各单一市场的收益模式，储能电池可以在一天内参与多个市场交易，即跨市场交易。

跨市场交易

跨市场交易将并行提供双向aFRR容量的收益与现货市场的收益相结合。对于现货交易，电池收益指数假设首先在日前市场进行交易，然后根据日前拍卖的结果，在日内市场上交易剩余的容量。

日前交易的电力份额被限制为50%，因为剩余部分用于aFRR容量。由于有2小时的aFRR功率储备，SOC限制发生了变化，最低值从0%变为25%，最高值从100%变为75%。电池收益指数还将aFRR的可用容量限制调整为可用容量的40%（低于上述单一aFRR市场中的50%），以留出可用于日内交易的容量。

在跨市场交易中，日内交易必须要考虑到日前市场的交易结果。为了考虑这一点，电池收益指数在计算日内交易收益时，基于来自日前市场的SOC曲线。

电池在各SOC区间对应的市场交易如下图（ID1：日内持续交易）：

此外，电池收益指数在跨市场交易中还引入了金融交易，即同时在多个现货市场进行交易，产生收益。通过在两个市场中同时开设不同方向的仓位，不存在实际电力交付义务。下图展示了如何利用日前市场（DA）和日内市场（ID1）的价差来评估金融交易的潜力。

在12:00到12:30期间，电池运营商通过同时在日前市场高价出售电能，在日内市场低价购买电能来获取收益。

在12:30到13:00期间，电池运营商通过同时在日前市场低价购买电能，在日内市场高价出售电能来获取收益。

金融交易需要提前一天知道日前市场和日内市场的价格。由于日前市场和日内市场之间的时间差可以长达36小时，因此提前预测价格非常困难。

下面展示一个2h两充两放的电池系统分别在各单一市场和跨市场交易上的潜在年收益情况（IDA1：日内拍卖，ID1：日内持续交易，FT：金融交易）

收益单位为 千欧/MW/年 

最近半年每月的潜在年收益情况：

近一年来每天的潜在年收益情况：

最近半年每月的潜在跨市场交易年收益中，各交易品种贡献的收益份额：