[論文レビュー] Estimating the Future Need of Balancing Power Based on Long-Term Power System Market Simulations

Henrik Nordström, Lennart Söder+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2022

Electric Power System Optimization被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、可変再生可能エネルギー（vRES）の導入が進む電力系統において、将来の平衡調整電力需要を推定するための高分解能なイントラ取引期間（TP）シミュレーションモデルを提案する。長期的なTPエネルギー・シミュレーション（一般的に市場モデルで用いられる）を精緻化することで、リアルタイムの電力不均衡を捉え、速いランプアップが平衡調整の必要を増加させること、また、送電信頼性マージン（TRM）を用いることで2045年のスウェーデンのシナリオにおいて必要な平衡調整電力が顕著に削減されることを明らかにする。

ABSTRACT

With increasing penetration of variable renewable energy sources (vRES) and a higher rate of electrification in the society, there will be future challenges in maintaining a continuous balance between electricity supply and demand. To investigate the possibility of different technologies to provide balancing services, to dimension future balancing services and design technical requirements for future balancing services, the future need of balancing power must first be known. Future power systems are often analysed by performing simulations capturing the energy produced, consumed or transmitted for different power system components with resolution of one trading period (TP), here called TP energy simulations. However, these simulations do not fully capture the continuous intra-TP power balance that must be kept at every time instance. In this paper, we propose a model to perform high-resolution intra-TP simulations to estimate the need of balancing power based on TP energy simulations. The model is applied to the Swedish system operator (SO) Svenska kraftnät's TP energy simulations of a scenario with high vRES penetration and a highly electrified society in year 2045. The results show that a considerable need of balancing power will occur frequently, where faster ramping of components tend to increase the need of balancing power while assuming that the transmission reliability margin (TRM) is used to net imbalances clearly decreases the need of balancing power.

研究の動機と目的

• 既存の長期市場シミュレーションがイントラ-TPの電力不均衡を捉えられていないというギャップを解消すること。
• 高いvRESおよび電気化シナリオ下での将来の平衡調整電力の必要量を定量化すること。
• 異なるシステム構成要素および運用マージンが平衡調整要件に与える影響を評価すること。
• 将来的な平衡調整サービスのシステム計画および技術的設計を支援すること。

提案手法

• 標準的なTPエネルギー・シミュレーションに、リアルタイムの電力バランスをモデル化できる高分解能なイントラ-TP時間ステップを導入することで拡張する。
• 予報誤差およびvRESと需要の変動に起因する電力不均衡をシミュレートする動的モデルを用いる。
• 不均衡を相殺するために送電信頼性マージン（TRM）を導入し、平衡調整サービスの必要性を低減する。
• vRESおよび電気化が進んだ2045年のスウェーデンの長期的シナリオに本モデルを適用する。
• 部材のランプアップ行動をシミュレートし、不均衡発生への影響を評価する。
• 結果を系統運用者データおよび市場シミュレーション出力と照合して妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 将来の電力系統において、高いvRESおよび電気化が進む状況下で、イントラ-TPの電力不均衡はどのように変化するか？
• RQ2 速いランプアップを示す部材の影響は、平衡調整電力の必要量にどのように現れるか？
• RQ3 送電信頼性マージン（TRM）を用いることで、必要な平衡調整電力はどの程度低減できるか？
• RQ4 標準的なTPエネルギー・シミュレーションと高分解能なイントラ-TPシミュレーションは、平衡調整需要の推定においてどのように異なるか？
• RQ5 システム計画および将来的な平衡調整サービスの技術的要件にどのような意味を持つのか？

主な発見

• 2045年のスウェーデンのシナリオにおいて、vRESの高い導入が進んでも、依然として顕著で頻発する平衡調整電力の必要性が予測される。
• 電力系統部材の速いランプアップは、不均衡の大きさと頻度を増加させ、結果として平衡調整サービスの必要性を高める。
• 不均衡を相殺するために送電信頼性マージン（TRM）を用いることで、必要な平衡調整電力が明確かつ顕著に削減される。
• 標準的なTPエネルギー・シミュレーションでは、イントラ-TPダイナミクスを解像できないため、真の平衡調整需要を低く見積もっている。
• 提案されたイントラ-TPシミュレーション・モデルは、従来の手法よりもより正確で詳細な平衡調整電力要件の推定が可能である。