[论文解读] 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 4

一句话总结

本文提出了一种住宅场景下的点对点（P2P）屋顶太阳能与储能租赁市场，使非所有者能够租赁所有者的容量以降低电费。基于北加州的真实小时用电数据，研究发现当采用率最高达15%时，P2P市场产生的总 surplus 与集中式模型相当，并可激励更广泛的分布式能源资源（DER）采用；然而，若因本地匹配减少导致电网成本上升超过几个百分点，则直接补贴可能更具成本效益。

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.

研究动机与目标

• 建立住宅场景下分布式能源资源（DER）如屋顶太阳能和电池的点对点租赁市场模型。
• 评估此类市场相较于集中式共享模型，在电费节省、参与率和总市场 surplus 方面的影响。
• 评估推动P2P市场与直接政府补贴之间的权衡，尤其关注配电电网成本可能上升的影响。
• 分析P2P交易的地理本地化程度及其对电网基础设施和运行成本的影响。
• 分析关键利益相关者——电网公司、供应商、聚合商——在推动或阻挠P2P市场方面的战略激励。

提出的方法

• 本研究使用北加州家庭用电的小时级大规模数据集，对单个家庭的用电需求和DER容量进行建模。
• 将净零DER资产定义为光伏（PV）系统与电池储能的组合，通过一个代表家庭特定系统规模的单一参数进行缩放。
• 建立P2P租赁市场模型，允许所有者将其未使用的DER容量租赁给非所有者，合同覆盖整个分析周期。
• 在不同DER采用率水平下，估算租赁市场的供给与需求函数，推导出均衡租赁价格与参与率。
• 通过先前研究的基准值，比较P2P与集中式共享模型下的总市场 surplus。
• 计算本地化指标——租户与所有者之间的地理接近程度——并评估其对配电电网成本的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在多大程度上，住宅DER的点对点租赁市场能够产生与集中式共享模型相当的总 surplus？
• RQ2 P2P市场如何影响分布式能源资源的总体采用率？它能否创造长期激励以推动更多部署？
• RQ3 在何种条件下，直接政府补贴比推动P2P市场更具成本效益，特别是考虑到配电电网成本可能上升？
• RQ4 P2P交易在多大程度上实现本地化？这种本地化对配电系统成本和电网阻塞有何影响？
• RQ5 电网公司、供应商和聚合商的激励如何与P2P市场的发展相一致或冲突？

主要发现

• 在分布式能源资源采用率最高达15%时，P2P市场产生的总 surplus 与集中式共享模型相当。
• P2P市场可通过使非所有者也能获得太阳能与储能收益，激励DER的长期采用率提升。
• 若推动P2P市场导致配电电网成本上升超过几个百分点，则直接补贴将成为实现同等采用率提升的更低成本政策选择。
• 在广泛采用率范围内，P2P市场交易具有高度本地化特征，表明大多数交易发生在邻近家庭之间。
• 租赁市场可能通过鼓励本地能源交换（如邻居直接使用本地产生的太阳能）降低整体配电电网成本，从而减少对远距离电能输送的需求。
• 当前电网公司的电价结构对多余太阳能的回购价格较低，限制了储能激励；若提高回购价格，可能减少P2P市场的规模，因为会鼓励用户直接向电网输送电力。