Assessing the techno-economic benefits of LEMs for different grid topologies and prosumer shares
作者: Markus Doepfert, Soner Candas, Hermann Kraus, Peter Tzscheutschler, Thomas Hamacher
分类: eess.SY, econ.GN
发布日期: 2024-10-17
备注: 39 pages, 9 figures, 4 tables
💡 一句话要点
利用本地能源市场提升不同电网拓扑和用户渗透率下的技术经济效益
🎯 匹配领域: 支柱四：生成式动作 (Generative Motion)
关键词: 本地能源市场 分布式能源 电网拓扑 代理建模 技术经济评估
📋 核心要点
- 传统电力系统面临分布式能源整合的挑战，需要创新的市场设计以提高效率和稳定性。
- 论文提出利用本地能源市场整合分布式能源，通过代理模型仿真评估其技术经济效益。
- 仿真结果表明，本地能源市场在降低平均能源价格和运行峰值功率方面具有显著优势。
📝 摘要（中文）
向去中心化和可再生能源的转变给传统电力系统带来了重大挑战，需要创新的市场设计。本地能源市场为在各种电网拓扑中整合分布式能源（如光伏系统、电动汽车和热泵）提供了一个可行的解决方案。本研究使用自行开发的基于代理的能源系统仿真工具，研究了本地能源市场与传统市场设计相比的技术经济效益，重点关注其对平均能源价格和运行峰值功率的影响。通过对乡村、农村、郊区和城市电网拓扑结构以及不同分布式能源渗透水平的全面模拟（总共400个模拟设置），我们证明了本地能源市场可以提高经济效率和电网稳定性，其中99%的场景具有较低的平均能源价格，80%的场景具有较低的运行峰值功率水平。我们的研究结果表明，本地能源市场可以在未来的能源系统中发挥作用，尤其是在光伏和热泵占比较高的地区，前提是额外的基础设施、管理成本和官僚复杂性保持在最低水平。
🔬 方法详解
问题定义：传统电力系统难以有效整合光伏、电动汽车等分布式能源，导致电网效率降低和稳定性问题。现有市场设计无法充分利用本地能源资源，造成能源浪费和经济损失。
核心思路：论文的核心思路是引入本地能源市场（Local Energy Markets, LEMs），允许本地的能源生产者和消费者直接进行能源交易，从而优化能源分配，降低能源价格，并提高电网的稳定性。这种设计旨在促进分布式能源的利用，减少对传统集中式能源的依赖。
技术框架：该研究采用基于代理的能源系统仿真工具，模拟不同电网拓扑（乡村、农村、郊区、城市）和不同分布式能源渗透率下的能源市场运行情况。仿真模型考虑了能源生产、消费、存储以及市场交易等环节，通过代理之间的交互来模拟实际的能源市场行为。
关键创新：该研究的关键创新在于对不同电网拓扑和分布式能源渗透率下的本地能源市场进行了全面的技术经济效益评估。通过大量的仿真实验，量化了本地能源市场在降低能源价格和运行峰值功率方面的优势，为本地能源市场的推广应用提供了数据支持。
关键设计：仿真实验设置了400个不同的场景，涵盖了不同的电网拓扑和分布式能源渗透率。评估指标包括平均能源价格和运行峰值功率。研究还考虑了额外的基础设施、管理成本和官僚复杂性等因素对本地能源市场效益的影响。具体代理模型的设计细节和市场交易机制的参数设置在论文中未详细说明，属于未知信息。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
研究结果表明，在99%的模拟场景中，本地能源市场能够降低平均能源价格；在80%的场景中，能够降低运行峰值功率水平。这些数据表明，本地能源市场在提高经济效率和电网稳定性方面具有显著优势。该研究通过大量的仿真实验，验证了本地能源市场在不同电网拓扑和分布式能源渗透率下的有效性。
🎯 应用场景
该研究成果可应用于指导未来能源系统的规划和设计，尤其是在分布式能源渗透率较高的地区。本地能源市场可以促进可再生能源的利用，降低能源成本，提高电网稳定性，并为用户提供更多的能源选择。该研究为政策制定者和能源企业提供了有价值的参考，有助于推动能源系统的转型升级。
📄 摘要（原文）
The shift towards decentralized and renewable energy sources has introduced significant challenges to traditional power systems, necessitating innovative market designs. Local energy markets present a viable solution for integrating distributed energy resources such as photovoltaic systems, electric vehicles, and heat pumps within various grid topologies. This study investigates the techno-economic benefits of local energy markets compared to conventional market designs, focusing on their impact on average energy prices and operational peak power, using a self-developed agent-based energy system simulation tool. Through comprehensive simulations across the countryside, rural, suburban, and urban grid topologies with varying penetration levels of the distributed energy resources, totaling 400 simulation setups, we demonstrate that local energy markets can enhance economic efficiency and grid stability with 99 % of the scenarios boasting lower average energy prices and 80 % lower operational peak power levels. Our findings suggest that local energy markets can play a role in the future energy system, especially in areas with high shares of PV and HP, provided that additional infrastructure, management costs, and bureaucratic complexity are kept to a minimum.