[论文解读] Allocation of locally generated electricity in renewable energy communities

Miguel Manuel de Villena, Samy Aittahar+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 9, 2020

Smart Grid Energy Management被引用 6

一句话总结

本文提出了一种后处理优化框架，用于在可再生能源社区（RECs）中分配本地产生的电力，通过优化再分配键以最小化成员的电费。该方法在物理电能输送后计算最优的财务分配，通过基于自给率的收益分配和初始键约束，提升经济公平性和稳定性，从而在所有测试场景中降低所有成员的成本。

ABSTRACT

Local electricity markets represent a way of supplementing traditional retailing contracts for end consumers -- among these markets, the renewable energy community has gained momentum over the last few years. This paper proposes a practical and readily to be adopted modelling solution for these communities, one that allows their members to share the economic benefits derived from them. The proposed solution relies on an \\emph{ex-post} allocation of the electricity that is generated within energy communities (i.e., local electricity) based on the optimisation of \\emph{repartition keys}. Repartition keys are therefore optimally computed to represent the proportion of total local electricity to be allocated to each community member, and aim to minimise the sum of electricity bills of all community members. Since the optimisation takes place \\emph{ex-post} the repartition keys do not modify the actual electricity flows, but rather the financial flows of the community members. Then, the billing process of the community will take these keys into account to correctly send the electricity bills to each member. Building on this concept, we also introduce two additions to the basic algorithm to enhance the stability of the community, which a global bill minimisation may fail to ensure (e.g., very asymmetrical solutions between members may lead to some of them opting out).

研究动机与目标

• 解决可再生能源社区（RECs）内部电力交易缺乏明确监管和运营框架的问题，特别是在欧盟日益增长的脱碳政策背景下。
• 为REC管理者提供一种实用且可实施的解决方案，以公平且经济的方式在成员间分配本地产生的电力。
• 通过引入收益共享机制和参与前的最低收益保障，确保经济可持续性和成员稳定性。
• 开发一种事后运行的模型——在实际电能流动之后进行优化，从而在保持物理电网完整性的同时优化财务结算。
• 证明当内部交易价格介于零售购电价与售电价之间时，REC的形成可降低所有成员的电费。

提出的方法

• 建立线性规划优化问题，以计算最小化所有REC成员总电费的最优再分配键。
• 使用实际的历史用电数据（Ct,i）和发电数据（Pt,i），基于物理输送结果进行事后电力盈余分配。
• 引入自给率（ssri）作为性能指标和约束条件，以确保本地发电量在成员间实现公平分配。
• 将初始再分配键（Kt,i）作为优化基准，并设置最大偏差容忍度约束（Xt,i），以确保最低收益预期。
• 将财务流动建模为两个部分：(i) 基于优化后再分配键向REC支付的一次性款项；(ii) 用于净电力需求的传统零售合同。
• 在内部交易价格（ξl−i, ξl+i）介于零售购电价（ξb i）和售电价（ξs i）之间的约束下实施优化，以确保经济可行性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在保持物理电网潮流的前提下，最优分配RECs中的本地发电电力，以最小化所有成员的总电费？
• RQ2 自给率在确保公平收益分配和提升REC稳定性方面发挥什么作用？
• RQ3 如何利用初始再分配键为潜在REC成员提供最低收益保障并降低不确定性？
• RQ4 放宽对键值偏差的容忍度在多大程度上能提升成本节约和分配效率？
• RQ5 所提出的方案在现实世界REC部署中是否具有实际可实施性和可扩展性？

主要发现

• 所提出的再分配键优化在所有测试场景中均降低了REC所有成员的电费，证明了REC形成的经济优势。
• 自给率有效实现了收益共享，通过确保每个成员根据其用电覆盖度获得相应比例的本地发电量。
• 基于平均历史用电量的成比例初始键提供了一个稳定且实用的基准，尤其在成员间零售电价相近时更为适用。
• 提高对键值偏差的容忍度可实现更好的成本优化，且从均匀初始键出发时，改善效果更为显著。
• 引入初始键和偏差约束显著降低了潜在成员的不确定性，提高了社区稳定性和参与可能性。
• 该方法已在实际工业部署中得到验证，证实其在REC管理中的实用性和可扩展性。