[論文レビュー] Where to Market Flexibility? Optimal Participation of Industrial Energy Systems in Balancing-Power, Day-Ahead, and Continuous Intraday Electricity Markets

Niklas Nolzen, Alissa Ganter+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 23, 2022

Electric Power System Optimization被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、産業用エネルギー系のバランス調整電力市場、日前市場、継続的イントラデイ電力市場における入札を調整するマルチマーケット最適化フレームワークを提案する。イントラデイ市場収益の推定にオプションプライシング理論を統合し、マルチステージ確率的プログラミングを用いることで、システムコストを最小化する最適かつ連携された入札戦略を決定する。マルチエナジー系の事例研究において、3つの市場への参加が最も低い運用コストをもたらすことを示している。

ABSTRACT

The rising share of volatile renewable generation increases the demand for flexibility in the electricity grid. Flexible capacity can be offered by industrial energy systems through participation on either the continuous intraday, day-ahead, or balancing-power markets. Thus, industrial energy systems face the problem of where to market their flexible capacity. Here, we propose a method to integrate trading on the continuous intraday market into a multi-market optimization for flexible industrial energy systems. To estimate the intraday market revenues, we employ option-price theory. Subsequently, a multi-stage stochastic optimization determines an optimized bidding strategy and allocates the flexible capacity. The method is applied to a case study of a multi-energy system showing that coordinated bidding in all three considered markets reduces cost most. A sensitivity analysis for the intraday market volatility reveals changing market preferences, thus emphasizing the need for multi-market optimization. The proposed method provides a practical decision-support tool in short-term electricity and balancing-power markets.

研究の動機と目的

• 再生可能エネルギーの変動性が高まる中で、柔軟な需要容量をどの市場に投入すべきかという課題に取り組む。
• 産業用エネルギー系のバランス調整電力市場、日前市場、継続的イントラデイ市場における連携された入札戦略を開発する。
• オプションプライシング理論を用いて、継続的イントラデイ市場参加の経済的価値を推定する。
• 不確実性を伴う統合的マルチマーケット最適化を通じて、運用コストを最小化する。
• 短期的な電力市場およびバランス調整電力市場参加のための実用的な意思決定支援ツールを提供する。

提案手法

• バランス調整電力市場、日前市場、継続的イントラデイ市場という3つの順次的市場における入札意思決定を最適化するために、マルチステージ確率的プログラミングを用いる。
• 価格の変動性と限界コストに基づき、継続的イントラデイ取引からの期待収益を推定するためにオプションプライシング理論を適用する。
• リスク中立的資産バックド取引を多期間バイノミナルフレームワークでモデル化し、最適なイントラデイ取引量を決定する。
• ゲートクロージャタイム、容量およびエネルギー価格入札、受入確率などの市場固有の制約を組み込む。
• エネルギー変換装置（例：CCHP、ボイラー、クーリング機器）およびエネルギー搬送体（電気、ガス）における柔軟な需要容量の割り当てを統合する。
• 電力価格、バランス調整要請、イントラデイ市場ダイナミクスの不確実性を表現するためのシナリオベースの確率木を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 産業用エネルギー系がバランス調整電力市場、日前市場、継続的イントラデイ市場において最適な市場参加戦略は何か？
• RQ2 価格変動性が存在する中で、継続的イントラデイ市場参加の経済的価値を正確に推定する方法は何か？
• RQ3 3つの市場における連携された入札が、システムコスト削減に与える影響は何か？
• RQ4 イントラデイ市場の変動性の変化が、市場選好および最適な入札戦略に与える影響は何か？
• RQ5 マルチマーケット参加が、単一または二重市場戦略に比べてコスト効率でどの程度優れているか？

主な発見

• バランス調整電力市場、日前市場、継続的イントラデイ市場の3つすべてへの連携参加が、マルチエナジー系の事例研究において最も低いシステムコストをもたらす。
• 最適化に継続的イントラデイ市場を統合することで、これを除外する戦略に比べてコストが削減される。
• オプションプライシング理論は、イントラデイ価格変動性のモノタイズ可能な価値を効果的に推定でき、正確な収益予測を可能にする。
• 感度分析により、イントラデイ市場の変動性が市場選好を変化させ、動的でマルチマーケット最適化の必要性を浮き彫りにする。
• 提案手法により、市場間における柔軟な需要容量の最適割り当てが可能となり、順次的な市場コミットメントに起因する容量の競合を回避できる。
• 事例研究では、連携された入札が、独立した市場参加に比べて収益の捕捉が高まり、コスト効率が向上していることが示された。