[論文レビュー] Optimal Energy Procurement from a Strategic Seller with Private Renewable and Conventional Generation

Hamidreza Tavafoghi, Demosthenis Teneketzis|arXiv (Cornell University)|Jan 22, 2014

Smart Grid Energy Management参考文献 12被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、伝統的および再生可能発電の両方のコスト情報が多変量かつ非公開である売り手からエネルギーを調達する戦略的買い手のための最適な非線形価格設定メカニズム（契約のメニュー）を提案する。このメカニズムは中間段階および事後的な自発的参加を保証し、天候インデックスに基づく支払いを介して買い手と売り手の間でリスクを再配分可能とし、非対称情報下での効率的なエネルギー調達を実現する。

ABSTRACT

We consider a mechanism design problem for energy procurement, when there is one buyer and one seller, and the buyer is the mechanism designer. The seller can generate energy from conventional (deterministic) and renewable (random) plants, and has multi-dimensional private information which determines her production cost. The objective is to maximize the buyer's utility under the constraint that the seller voluntarily participates in the energy procurement process. We show that the optimal mechanism is a menu of contracts (nonlinear pricing) that the buyer offers to the seller, and the seller chooses one based on her private information.

研究の動機と目的

• 伝統的および再生可能エネルギー発電の両方のコスト情報が非公開である状況下で、買い手が最適なメカニズムを設計すること。
• 契約設計により売り手の途中段階および事後的な自発的参加を保証すること。
• 天候の結果に依存する支払いを導入することで、買い手と売り手の間でのリスク再配分を可能とすること。
• 現在の慣行とは異なり補助金がなく、再生可能エネルギー発電業者が戦略的に行動する現実的な市場状況をモデル化すること。
• 確率的再生可能エネルギー出力と非公開コストタイプを伴うエネルギー調達におけるメカニズム設計を拡張すること。

提案手法

• 買い手がメカニズム設計者として機能し、売り手が伝統的および再生可能発電コストに関する非公開情報を有するメカニズム設計問題を定式化する。
• インcentive compatibility（インcentive適合性）および参加制約の下で買い手の効用を最大化する非線形価格設定スキームとして最適契約を導出する。このスキームは売り手タイプを数量-支払いペアにマッピングする。
• すべての売り手タイプの事後的自発的参加を保証するために、天候の実現に依存する修正された支払い関数を導入する。
• パラメータαを用いて天候関連リスクを買い手と売り手の間で配分するリスク共有メカニズムを提案し、インcentive適合性を維持する。
• 売り手の期待コストおよび天候の結果の分布を用いて期待支払いを計算し、買い手の期待効用が最大化されるようにする。
• 報奨原理を適用し、多変量非公開情報を持つプリンシパルエージェント問題を解く。売り手のコスト構造と確率的発電を活用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 売り手が伝統的および再生可能発電技術の両方について非公開かつ多変量のコスト情報を有する状況下で、買い手はどのように最適なエネルギー調達メカニズムを設計できるか？
• RQ2 再生可能エネルギー発電の不確実性がある中で、売り手の途中段階および事後的な自発的参加を保証する契約構造は何か？
• RQ3 天候依存の再生可能エネルギー出力に起因するリスクを、インcentiveを歪めることなく買い手と売り手の間で効率的に再配分する方法は何か？
• RQ4 非対称情報と確率的発電の下で、買い手の期待効用を最大化する最適な非線形価格設定スキームは何か？
• RQ5 両方の発電タイプの非公開コスト情報が、最適調達メカニズムの構造および効率性にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 最適メカニズムは、売り手タイプを数量-支払いペアにマッピングする非線形契約（価格設定スキーム）のメニューであり、インcentive適合性および参加を保証する。
• 元のメカニズムは途中段階の自発的参加を保証するが、悪天候時において売り手が負の実現利益を被る可能性がある。
• 支払い関数を天候依存に修正することで、すべての売り手タイプに対して事後的自発的参加が達成される。
• パラメータαが天候リスクの配分を制御するリスク共有メカニズムを提案。α=0では全リスクが売り手に移転され、α=1では売り手が完全に保険される。
• 修正された支払い関数は、売り手の最適生産量選択を維持し、インcentive適合性を保ちつつ、事後参加性を向上させる。
• このメカニズムは、最悪タイプの売り手がゼロの効用を得る以外は、期待効用におけるパレート最適性を達成する点で効率的である。