An agent-based simulation framework for industrial consumers’ participation in electricity markets

Nicolas Fatras*

*Kontaktforfatter

Publikation: AfhandlingPh.d.-afhandling

91 Downloads (Pure)

Abstract

Som storforbrugere af el har industriforbrugerne en nøglerolle at spille i tilpasningen af elsystemet til de ændringer, som energiomstillingen kræver. I forbindelse med liberaliserede elmarkeder forbliver industrielle forbrugere dog stort set passive markedsdeltagere. Kompleksiteten og mangfoldigheden af industrielle processer, de strenge produktionsoverholdelseskrav, manglen på domæneekspertise og mere generelt multikriterieperspektivet for beslutningstagning giver industrielle
forbrugere lav risikovillighed i implementeringen af strategier for elmarkedsdeltagelse. Værktøjer, der er skræddersyet til industrielle forbrugeres specifikke krav, er derfor nødvendige til at understøtte beslutningstagning på elmarkedet for derved at tilskynde aktiv industriel forbrugerdeltagelse på elmarkederne.

Denne forskning adresserer denne udfordring ved at udvikle en justerbar simuleringsramme for egnethedsvurdering af elmarkedsdeltagelse set fra industrielle forbrugeres perspektiv. Rammen bygger på parametriske præfeasibility-undersøgelser,
agentbaseret modellering, diskret-jævn simulering, sekventielle budalgoritmer og multi-kriteriebeslutningstagningsmetoder for at give en konsistent forbrugercentreret evalueringstilgang, der kan tilpasses en industriel forbrugers specifikke industrielle processer og elmarkedskontekst, samtidig med at det påkrævede arbejde for modelimplementering minimeres.

Evalueringsrammen består af flere evalueringstrin, hvis resultater supplerer hinanden for at give en multidimensionel evaluering af markedsdeltagelsesstrategier. Værktøjer til præfeasibility-evaluering er udviklet til at bortfiltrere uigennemførlige
delmarkeder ved hjælp af parametriske analyser baseret på en systematisk parametrisering af den industrielle procesfleksibilitet og de pågældende elmarkedsdomæner. De resterende delmarkeder er modelleret i en discrete event agentbaseret simulering, der repræsenterer tidsafhængige industrielle forbrugerinteraktioner med de forskellige delmarkeder, som udgør elmarkedets økosystem. Sekventielle budalgoritmer implementeres for hvert delmarked baseret på markedsdesign, forbrugerbegrænsninger og markedsprisinformation, der er tilgået gennem agentinteraktioner, hvilket gør det muligt at evaluere og sammenligne egnetheden af forskellige multimarkedsdeltagelsesstrategier på tværs af forskellige markedstyper og over forskellige tidsskalaer. Forskellige strategiers egnethed sammenlignes ved at analysere simuleringsresultaterne for hver strategi ved hjælp af multi-kriteriebeslutningstagningsmetoder.

Denne ramme implementeres på tværs af forskellige industrielle processer og forskellige elmarkedskontekster ved hjælp af en matrice af casestudier. På processiden er et power-to-X-elektrolyseanlæg, et kølehus samt belysning i et drivhus inkluderet. Rammetilpasningsevnen evalueres baseret på forskellene i operationelle fleksibilitetsegenskaber for hver proces. På markedssiden er både det danske elmarkedet og det kinesiske elmarked modelleret. Rammetilpasningsevnen evalueres baseret på forskellen i skala, energimix, markedsarkitektur, markedsreformprioriteter og niveau af markedsintervention mellem de to lande.

Resultaterne fra eksperimenterneimplementeret i matricen af casestudier afslører betydningen af case- og kontekstspecifikke markedsdeltagelsesstrategier for industrielle forbrugere, da strategiens egnethed varierer meget på tværs af casestudier. Desuden bør der i markedssammenhænge med mere tidsafhængige markedsprisvariationer som i Danmark implementeres adaptive markedsdeltagelsesstrategier, da strategirangeringerne ændrer sig over tid. Resultaterne understreger også vigtigheden af at overveje strategier for deltagelse på flere markeder for industrielle forbrugere med flere kriterier og derved trække på mangfoldigheden af markedstyper, der er tilgængelige for industrielle forbrugere i et markedsøkosystem. Sammenlignet med ufleksible baseline-strategier kan multimarkedsstrategier forbedre ydeevnen af visse kriterier væsentligt, såsom forøgelse af økonomiske besparelser eller nedsættelse af regningsvariabilitet, til gengæld for afvigelse i produktoutput og øget kompleksitet som potentielle omkostninger. Den foretrukne strategiafhængiger væsentligt af den relative betydning af hvert kriterium. I den kinesiske kontekst tillader multimarkedsstrategier overholdelse af minimumskvoter pålagt for forskellige markedstyper, selv om disse ikke er de højest rangerende strategier set fra industrielle forbrugeres perspektiv.

Fra et metodologisk perspektiv har denne forskning givet en systematisk og tilpasningsdygtig modellerings- og evalueringstilgang med det formål at tilbyde markedsdeltagelsesegnethedsevalueringer skræddersyet til industrielle forbrugeres behov. Fra perspektivet af industriel forbrugermarkedsintegration har resultaterne opnået fra forskellige casestudier bidraget til en bedre forståelse af vigtigheden af adaptive multi-markedsdeltagelsesstrategier for multi- kriteriemarkedsdeltagere.
OriginalsprogEngelsk
Bevilgende institution
  • Syddansk Universitet
Vejledere/rådgivere
  • Jørgensen, Bo Nørregaard, Hovedvejleder
  • Ma, Zheng Grace, Vejleder
  • Duan, Hongbo, Vejleder, Ekstern person
  • Wang, Shouyang, Vejleder, Ekstern person
Eksterne samarbejdspartnere
Dato for forsvar4. apr. 2024
Udgiver
DOI
StatusUdgivet - 21. mar. 2024

Fingeraftryk

Dyk ned i forskningsemnerne om 'An agent-based simulation framework for industrial consumers’ participation in electricity markets'. Sammen danner de et unikt fingeraftryk.

Citationsformater