[論文レビュー] Peer to Peer Sharing of Distributed Energy Resources

Siddharth Patel, Ram Rajagopal|arXiv (Cornell University)|Aug 22, 2018

Smart Grid Energy Management参考文献 10被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、住宅用の屋上ソーラーおよびエネルギー貯蔵のピアツーピア（P2P）レンタル市場を提案し、所有者でない者も所有者から容量を借りることで電気料金を削減できるようにする。カリフォルニア州北地域の実際の時間単位の消費データを用いて分析した結果、P2P市場は15％の導入率までで中央集権的モデルと同等の余剰を生み出すことができ、分散型エネルギー資源（DER）の導入を促進するが、配電グリッドコストが数パーセント以上上昇する場合には、直接的な補助金がより安価になる可能性がある。

ABSTRACT

As the penetration of distributed energy resources in the residential sector increases, the scope for sharing arrangements expands. We model a peer-to-peer rental market for rooftop solar and energy storage in the residential sector, with households seeking to minimize their electricity costs. For varying adoption levels, we characterize the market rental price, quantity, and participation rate. We find that up to 15% adoption, the peer-to-peer market generates a surplus comparable to that attainable though a centralized sharing model. The peer-to-peer market can incentivize an increase in total adoption in the long run. We find that direct subsidies would be a cheaper way to increase adoption if enabling the peer-to-peer market increases distribution grid costs by more than a few percent. This cost increase would be related to how locally the peer-to-peer market can match renters and owners. We compute metrics of this localness and find that the market clears quite locally for a wide range of adoption rates.

研究の動機と目的

• 住宅環境における分散型エネルギー資源（DER）である屋上ソーラーおよびバッテリのピアツーピア（P2P）レンタル市場をモデル化すること。
• このような市場が、中央集権的共有モデルと比較して電気料金の節約、参加率、および市場全体の余剰に与える影響を評価すること。
• 配電グリッドコストの上昇を考慮した場合に、P2P市場の導入と直接的な政府補助金の間のトレードオフを評価すること。
• P2P取引の地理的局所性と、そのグリッドインfraストラクチャおよび運用コストに与える影響を分析すること。
• 電力会社、ベンダー、アグリゲーターといった主要ステークホルダーの、P2P市場の導入を促進するか、あるいは阻止するかという戦略的インcentiveを分析すること。

提案手法

• 本研究では、カリフォルニア州北地域の時間単位の家庭電力消費データを大規模に用いて、個々の家庭の需要とDER容量をモデル化する。
• 1つのパラメータでスケーリングされる、太陽光発電（PV）システムとバッテリーストレージの組み合わせとして、ネットゼロのDER資産を定義する。
• 所有者が余剰のDER容量を非所有者にレンタルできるP2Pレンタル市場をモデル化し、分析期間全体をカバーする契約を想定する。
• さまざまなDER導入率におけるレンタル市場の供給関数と需要関数を推定し、均衡レンタル価格と参加率を導出する。
• P2Pモデルと中央集権的共有モデルの下での市場全体の余剰を比較し、先行研究のベンチマークを用いる。
• 地理的近接性（レンターと所有者の距離）を示す指標を計算し、その結果が配電グリッドコストに与える影響を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 住宅用DERのピアツーピア（P2P）レンタル市場は、中央集権的共有モデルと同等の余剰をどの程度達成できるか？
• RQ2 P2P市場は分散型エネルギー資源（DER）の総合的導入にどのように影響を与え、長期的な導入促進インcentiveを生み出すことができるか？
• RQ3 配電グリッドコストの上昇を考慮した場合、P2P市場の導入よりも直接的な政府補助金がよりコスト効率が良い条件とはどのようなものか？
• RQ4 P2P取引はどの程度局所的に行われるのか？その局所性は配電システムコストやグリッド混雑状態にどのような影響を与えるか？
• RQ5 電力会社、ベンダー、アグリゲーターといったステークホルダーのインcentiveは、DERのP2P市場の出現とどのように一致または対立するか？

主な発見

• 分散型エネルギー資源（DER）の導入率が15％までに達する限り、ピアツーピア（P2P）市場は中央集権的共有モデルと同等の市場全体の余剰を生み出す。
• P2P市場は、非所有者が太陽光発電および蓄電の利点にアクセスできる仕組みを提供することで、DERの長期的導入を促進するインcentiveを生み出すことができる。
• P2P市場の導入によって配電グリッドコストが数パーセント以上上昇する場合、同じ導入率の達成を目的とした場合、直接的な補助金がより安価な政策的選択肢となる。
• P2P市場は、さまざまな導入率の範囲で非常に局所的な取引が行われており、大多数の取引が近隣の家庭間で行われていることが示された。
• P2P市場は、近隣の家庭が地域で発電された太陽光発電を直接消費することを促進することで、全体の配電グリッドコストを削減する可能性がある。これは、長距離輸送の必要性を減らすからである。
• 現在の電力会社の料金体系は、余剰太陽光の買取価格が低いため、エネルギーを貯蔵するインcentiveを制限している。買取価格を引き上げれば、直接グリッドへの送電を促進し、P2P市場の範囲を縮小する可能性がある。