26360

مديريت انرژي در بازار خرده‌فروشي برق مبتني بر تبادل انرژي همتا به همتا و فناوري زنجيره بلوكي

دكتري

مهندسي برق -قدرت

1395

1400/11/17

حيدرعلي شايانفر

بهنام محمدي ايواتلو

مهندسي برق

فناوري شبكه هوشمند با ايجاد و گسترش زيرساخت‌هاي ارتباطي باعث افزايش نفوذ منابع انرژي پراكنده و ظهور مصرف‌كننده‌هاي فعال به عنوان عامل‌هاي هوشمندي كه انرژي را هم مصرف و هم توليد مي‌كنند شده است. ظهور مصرف‌كننده‌هاي فعال بازارهاي برق را به بازطراحي سوق داده و باعث ايجاد بازارهاي جديدي تحت عنوان مصرف‌كننده فعال - محوري شده است. در رويكرد جديد مصرف‌كننده فعال محوري، مصرف‌كننده‌هاي فعال مي‌توانند به صورت همتا به همتا با يكديگر تبادل انرژي داشته باشند. در اين بازارهاي جديد مي‌توان خرده‌فروش‌ها را شركت‌هاي انتفاعي فرض كرد كه انرژي الكتريكي را يا خود توليد مي‌كنند، يا از بازار عمده‌فروشي و يا از مصرف‌كننده‌هاي فعال در بازار محلي با قيمتي متغير خريداري كنند و به ساير مصرف‌كننده‌هاي فعال و بازار عمده‌فروشي بفروشند. در اين رساله دو مدل جديد براي بازار مصرف‌كننده فعال محور پيشنهاد شده است: ابتدا يك بازار رقابتي متشكل از مصرف‌كننده‌هاي فعال و خرده‌فروش‌‌ها طراحي شده است به نحوي كه همه مصرف‌كننده‌هاي فعال تحت عنوان خريدار و فروشنده در نظر گرفته شده و با يكديگر و خرده‌فروش‌ها به‌صورت دوجانبه به تجارت انرژي همتا به همتا بپردازند. براي تسويه بازار پيشنهادي اول از يك روش غيرمتمركز جديد تحت عنوان زير گراديان اوليه –دوگان استفاده شده است به نحوي كه نه به شخص ثالثي نياز دارد و نه اطلاعات خصوصي بازيگران را فاش مي‌كند. امكان‌پذيري بازار پيشنهادي اول و اثربخشي روش غيرمتمركز جديد براي تسويه بازار پيشنهادي با پياده‌سازي عددي نشان داده شده است. سپس يك بازار توكن با پشتوانه انرژي كاملاً غيرمتمركز همتا به همتا در حضور برنامه‌ پاسخگويي بار و سازوكار دموراژ براي مصرف‌كننده‌هاي فعال با مقياس كوچك به كمك فناوري زنجيره‌بلوكي در محيط شبكه هوشمند طراحي و مدل‌سازي شده است. در اين مدل نيز همانند مدل اول مصرف‌كننده‌هاي فعال در شبكه توزيع محلي به‌عنوان بازيگران بازار در دو دسته توليدكننده (فروشنده) و مصرف‌كننده (خريدار) در نظر گرفته شده است. در مدل بازار پيشنهادي دوم، همه فروشنده و خريدارها به كمك قراردادهاي هوشمند مي‌توانند به مبادله دوجانبه توكن انرژي همتا به همتا با يكديگر با قيمت تفاهمي و با بازار خرده‌فروشي با قيمت مشخص بپردازند. در مدل پيشنهادي دوم براي تشويق بازيگران محلي براي مبادله انرژي به‌صورت محلي، اولاً از هزينه استفاده از شبكه زنجيره‌بلوكي براي مبادلات محلي صرف‌نظر ولي هزينه مبادله با بازار خرده‌فروشي در نظر گرفته شده است. دوما با مشاركت مصرف‌كننده‌ها در برنامه پاسخگويي بار مبتني بر قيمت، بار مصرفي به مواقعي كه توليد محلي زياد است منتقل مي‌شود سوماً از سازوكار دموراژ براي جلوگيري از انباشت توكن‌هاي انرژي در راستاي ايجاد جذابيت در مبادلات محلي استفاده شده است. براي تسويه بازار انرژي كاملاً غيرمتمركز در حضور برنامه‌هاي پاسخگويي بار و سازوكار دموراژ از توسعه مجدد روش كاملاً غيرمتمركز زير گراديان اوليه –دوگان استفاده شده است با مطالعات عددي، امكان‌پذيري و اثربخشي بازار توكن انرژي به عنوان بازار پيشنهادي دوم و رويكرد غيرمتمركز براي تسويه آن نشان داده شده است.

1401/01/23

Energy management in the electricity retail market based on peer-to-peer energy trading and blockchain technology

2/6/2023 12:00:00 AM

With the development and spread of communication infrastructures, smart grid technology has contributed to the increased penetration of distributed energy sources and the emergence of prosumers as smart agents involved in both energy consumption and production. The emergence of prosumers has driven the redesign of electricity markets and the creation of new prosumer-centric markets. Under the novel prosumer-centric approach, the prosumers can engage in peer-to-peer (P2P) energy trading with each other. The new markets assume the retailers as profit-based companies that produce their electrical energy or purchase it from the wholesale market or the prosumers in the local market at a variable price. In turn, they can sell their electrical energy to other prosumers or the wholesale market. This thesis presents two novel models of a prosumer-centric market. In the first model, a competitive market consisting of prosumers and retailers is designed where all prosumers are regarded as buyers and sellers who carry out P2P energy trading with each other and the retailers. A novel decentralized approach called primal-dual sub-gradient is applied to clear the designed market that requires no third parties and does not disclose the players' private information. The feasibility of the first proposed market and the effectiveness of the novel decentralized market-clearing approach are demonstrated through a numerical simulation. In the second model, a fully decentralized P2P energy-backed token market is designed for small-scale prosumers using blockchain technology in the smart grid environment in the presence of the demand response program and demurrage mechanism. Similar to the first model, the prosumers in the local distribution network as the market players are considered producers (sellers) or consumers (buyers). Using smart contracts in the second proposed market, all sellers and buyers can engage in bilateral P2P token transactions with each other under an agreed price and with the retail market at a fixed price. In this model, the cost of using a blockchain network for local transactions is neglected to incentivize the market players for local energy trading while the retail market transaction costs are included. In addition, the participation of the consumers in the price-based demand response program enables them to shift their consuming load to periods with abundant local generation. The demurrage mechanism is further applied to avoid energy token accumulation to enhance the attraction of local transactions. For clearing the fully decentralized energy market in the presence of demand response programs and demurrage, a fully decentralized primal-dual sub-gradient method is developed. Numerical studies verify the feasibility and effectiveness of the proposed energy token market and the decentralized approach for its clearing.

تبادل انرژي همتا به همتا , زير گراديان اوليه –دوگان , سازوكار دموراژ , مصرف‌كننده‌فعال , پاسخگويي بار , زنجيره‌بلوكي , بازار محلي

Peer-to-Peer Energy Trading , Primal-Dual Sub-Gradient Method , Demurrage Mechanism , Prosumer , Demand Response , Blockchain , Local Market

Heidarali Shayanfar

Behnam Mohammadi-Ivatloo