[論文レビュー] Deadline Differentiated Pricing of Deferrable Electric Loads

Eilyan Bitar, Yunjian Xu|arXiv (Cornell University)|Jul 7, 2014

Smart Grid Energy Management参考文献 43被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、特に電気自動車の充電を含む遅延可能な負荷に対して、より長い納入期限を提示するほど低い単位エネルギー価格を提供することで、遅延可能な負荷の実行を促進する、期限に差をつけて料金を設定する電力料金メカニズムを提案する。先着順（EDF）スケジューリング政策のもとで、差別的でない、インcentive-compatible（インcentive適合性）な価格設定方式を設計し、効率的な競争均衡を達成するとともに、真実の期限申告を保証する。

ABSTRACT

A large fraction of the total electric load is comprised of end-use devices whose demand for energy is inherently deferrable in time. Of interest is the potential to leverage on such latent flexibility in demand to absorb variability in power supplied from intermittent renewable generation. The challenge, however, lies in designing incentives to reliably induce the desired response in demand. With an eye to electric vehicle charging, we propose a novel forward market for differentiated electric power services, where consumers consent to deferred service of pre-specified loads in exchange for a reduced per-unit price for energy. The longer a consumer is willing to defer, the larger the reduction in price. The proposed forward contract provides a guarantee on the aggregate quantity of energy to be delivered by a consumer-specified deadline. Under the earliest-deadline-first (EDF) scheduling policy, which is shown to be optimal for the supplier, we explicitly characterize a non-discriminatory, deadline-differentiated pricing scheme that yields an efficient competitive equilibrium between the supplier and consumers. We further show that this efficient pricing scheme, in combination with EDF scheduling, is incentive compatible (IC) in that every consumer would like to reveal her true deadline to the supplier, regardless of the actions taken by other consumers.

研究の動機と目的

• 間歇的再生可能エネルギーの統合に取り組むために、遅延可能な負荷における需要側の柔軟性を活用すること。
• 消費者がエネルギー消費を遅らせるインcentive（インセンティブ）を提供しつつ、ユーザーが指定した期限までに供給を保証する市場メカニズムを設計すること。
• メカニズムがインcentive-compatible（インcentive適合性）であることを保証し、他の参加者の行動にかかわらず、消費者が真実の期限を申告するようにすること。
• 真実の申告行動のもとで社会的厚生を最大化する効率的かつ一意の競争均衡を達成すること。

提案手法

• 長期間の納入期限が長いほど単位エネルギー価格が低い、期限に差をつけて料金を設定する電力サービスのフォワード市場を導入する。
• 先着順（EDF）スケジューリング政策を採用し、提案されたメカニズムのもとで、サプライヤーにとって最適であることが証明されている。
• サプライヤーの限界コストと再生可能エネルギー供給の可能性に基づいて、差別的でない価格設定方式を導出する。
• 再生可能エネルギー出力の確率的モデル（i.i.d. 確率変数 ξt を用いて）を用いて、期待コストと価格形成を特徴づける。
• メカニズム設計理論を適用し、価格設定方式がインcentive-compatible（インcentive適合性）であることを保証する。真実の申告が支配戦略となる。
• 均衡が効率的かつ一意的であり、真実の申告行動のもとで社会的厚生が最大化されることを確立する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 遅延可能な負荷を持つ消費者から真実の期限情報を引き出すために、電力料金をどのように構造化すればよいか。
• RQ2 間歇的再生可能エネルギーの統合を効率的に行いながら、消費者が指定した期限までに供給を保証するための価格設定およびスケジューリング政策は何か。
• RQ3 遅延可能な負荷のためのフォワード市場において、差別的でなく、インcentive-compatible（インcentive適合性）なメカニズムを設計できるか。
• RQ4 このようなメカニズムのもとで最適なスケジューリング方針は何か。また、それはサプライヤーのコスト最小化とどのように関係するか。
• RQ5 どのような条件下で、得られる市場均衡が社会的に最適かつ一意的となるか。

主な発見

• 提案された期限に差をつけて料金を設定する方式は、インcentive-compatible（インcentive適合性）である。すべての消費者にとって、真実の申告が支配戦略である。
• EDFスケジューリング政策のもとで、消費者が真実の期限を申告した場合、サプライヤーの期待利益が最大になる。
• メカニズムは一意の競争均衡を達成し、社会的厚生を最大化する。これは、最小の期待コストで集計需要 x* を完全に満たすことで実現される。
• サプライヤーの限界コストは c₀ で上限が定められており、価格設定方式により、限界コストを反映するいかなる価格バンドルでも、真実の申告のもとで需要の完全満たしが保証される。
• 均衡は頑健である。任意の集計需要バンドル x* に対して、EDFスケジューリングによりサプライヤーの期待コストが最小化される。
• 分析により、均衡において社会的厚生が最大に達することが証明されている。これは、x* が完全に満たられ、最もコスト効率の良いスケジューリング方針（EDF）が使用されるからである。