[論文レビュー] LCOE-based Pricing for DLT-enabled Local Energy Trading Platforms

Marthe Fogstad Dynge, Ugur Halden+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 24, 2022

Smart Grid Energy Management被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、下降傾向にあるフィード・イン・タリフ（FiT）制度に代わる、DLTを活用したローカルエネルギーマーケット（LEMs）におけるLCOEベースの価格設定メカニズムを提案する。プロシューマのLCOEに基づいてローカル取引価格を設定することにより、プロシューマの収益性を確保するとともに、消費者のコストを削減する。結果として、消費者のコスト削減が顕著であり、FiTおよびオークションベースの代替案と比較して、公平性と透明性が向上している。

ABSTRACT

Support schemes like the Feed-in-Tariff (FiT) have for many years been an important driver for the deployment of distributed energy resources, and the transition from consumerism to prosumerism. This democratization and decarbonization of the energy system has led to both challenges and opportunities for the system operators, paving the way for emerging concepts like local energy markets. The FiT approach has often been assumed as the lower economic bound for a prosumer's willingness to participate in such markets but is now being phased out in several countries. In this paper, a new pricing mechanism based on the Levelized Cost of Electricity is proposed, with the intention of securing profitability for the prosumers, as well as creating a transparent and fair price for all market participants. The mechanism is designed to function on a Distributed Ledger Technology-based platform and is further set up from a holistic perspective, defining the market framework as interactions in a Cyber-Physical-Social-System. Schemes based on both fixed and variable contracts with the wholesale supplier are analyzed and compared with both the conventional FiT and to its proposed replacement options. The results show a cost reduction for the consumers and a slight loss in revenue for the prosumers compared to the FiT scheme. Comparing it to the actual suggested replacements to the FiT, however, it is clear that the pricing mechanism proposed in this study provides a substantial increase of benefits for both prosumers and consumers.

研究の動機と目的

• フィード・イン・タリフ（FiT）制度の段階的廃止に伴い、プロシューマのエネルギーマーケット参加を支援する仕組みの不足を是正すること。
• FiTに代わる、透明性・公平性・収益性を兼ね備えたローカルエネルギーマーケット（LEMs）の価格設定メカニズムを設計すること。
• サイバーフィジカル・ソーシャル・システムフレームワークを統合的に活用し、プロシューマの収益性と消費者コストの削減を確保すること。
• 経済的効率性と市場参加度の観点から、LCOEベースのメカニズムをFiTおよびオークションベースの代替案と比較して評価すること。
• 分散型台帳技術（DLT）とLCOEベースの価格設定を統合した場合の、セキュアで追跡可能かつユーザーフレンドリーなLEMs運用の実現可能性と利点を実証すること。

提案手法

• LCOEベースの価格設定メカニズムは、プロシューマの分散型エネルギー資源（DERs）の平均LCOEに基づいてローカルエネルギー取引価格を決定し、コスト回収と収益性を確保する。
• セキュアで透明性が高く、監査可能な取引記録を確保するため、メカニズムはDLTベースのプラットフォームに実装されている。
• モデルは、プロシューマと卸売供給業者との間の固定契約および変動契約を分析し、さまざまな市場飽和度の下での結果を比較する。
• 供給需要比（SDR）と動的マーケットクリアリングを用いて、地域内のリアルタイムエネルギー収支に基づいた価格調整を決定する。
• プロシューマを価格受容者として扱い、実際のエネルギー貢献に応じてコストと利益を分配することで、公平性を向上させる。
• シミュレーションを通じて、プロシューマ数が異なる住宅地域を対象に評価し、年間消費者コストとプロシューマ収益を測定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 市場飽和度が異なる状況下で、LCOEベースの価格設定はFiTと比較して消費者コストとプロシューマ収益にどのように影響を与えるか？
• RQ2 FiTをLCOEベースの価格設定に置き換えることで、ローカルエネルギーマーケットにおけるプロシューマ投資の経済的妥当性にどのような影響を与えるか？
• RQ3 社会的厚生および市場の公平性という観点から、LCOEベースのメカニズムはオークションベースおよびその他のコスト共有価格設定方式と比較して、どのように性能を発揮するか？
• RQ4 LCOEベースのメカニズムは、DLTを活用したローカルエネルギートレーディングプラットフォームにおける透明性と信頼性をどの程度向上させるか？
• RQ5 本研究で提案する価格設定モデル下で、エネルギー貯蔵の導入がLCOE値および市場参加者の戦略的行動に与える影響は何か？

主な発見

• LCOEベースの価格設定メカニズムでは、市場飽和度にかかわらず、消費者が顕著なコスト削減を経験しており、最低のネットコストが達成される。
• プロシューマはFiT制度と比較してわずかな収益損失を被るが、オークションベースの代替案と比較すると顕著な利益が得られる。
• 特にプロシューマの参加率が高い状況下では、LCOEメカニズムがFiTおよびオークションベースのモデルを上回り、全体的な市場効率性と公平性が向上している。
• 地域に6人以上のプロシューマが存在すると、市場が飽和状態に達し、頻繁に電力会社への余剰売電が発生する。これは市場均衡点を示している。
• このメカニズムにより、地域内での自己消費が促進され、すべてのシナリオで太陽光発電の52％が地域内で消費される。これはエネルギー効率の向上と電力系統への依存度低減を示唆している。
• エネルギー貯蔵の統合により、市場の飽和状態の遅延とプロシューマのインcentiveの強化が可能となり、成熟したLEMsにおける投資魅力の回復が期待できる。