エネルギー貯蔵の市場設計の改善

2023 年 6 月 8 日

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コロンビア大学工学応用科学部による

エネルギー貯蔵は、よりクリーンで持続可能なエネルギー源への移行において重要な役割を果たします。 これにより、風力や太陽光などの再生可能エネルギーからの余剰エネルギーが利用可能なときに貯蔵し、需要が高い場合や供給が限られている場合にそれを使用することができます。 これにより、送電網が安定し、化石燃料への依存が軽減され、断続的なエネルギー源の影響が軽減されます。

ニューヨーク、カリフォルニア、テキサスなど米国の多くの地域では、民間企業がエネルギー貯蔵システムの所有と運用を担当しています。 これらの企業は電力市場に参加し、電力を売買して利益を最大化します。 しかし、消費者にとっては、企業の利益を追求する動機が、持続可能性を向上させ、世界中の生活を改善するというより広範な目標とも一致していることを確認することが重要です。 これは、炭素排出量の削減と消費者が手頃な価格の電気料金を維持することの間のバランスを見つけることを意味します。 より環境に優しい未来を促進しながら、電力ユーザーのニーズと電力システムの機能を調整することが重要です。

電力市場は物理的な電力システムと複雑に結びついており、他の市場とは異なります。 市場がスムーズかつ効率的に運営されることを保証するために、参加リソースをクリアするために特殊なモデルが使用されます。 これらのモデルでは、発電容量や可用性など、リソースの物理的特性が考慮されます。 電力市場設計の目標は、社会全体の利益を最大化する方法でこれらのモデルを作成および更新することです。

ジュール誌に掲載されたコロンビアエンジニアリング主導の新しい研究では、これらの市場への参加のさまざまな方法が、社会にとってのエネルギー貯蔵の全体的な利点にどのような影響を与えるかを調査しています。 研究者らは、エージェントベースのコンピューターフレームワーク（複雑なシステム内での個人の行動をシミュレートするモデル）を使用して、再生可能エネルギーと貯蔵容量、および市場オプションを含むシナリオをシミュレートしました。

「私たちの主な革新は、ストレージと市場の間の市場参加相互作用をモデル化することでした」と、この研究の主著者である地球環境工学助教授の Bolun Xu 氏は述べています。 「より多くの再生可能エネルギーとより優れた貯蔵技術が必要であるだけでなく、エネルギー貯蔵を最適に統合して将来の電力システムのコストと排出量を削減する市場設計も非常に重要であることがわかりました。そのためには、新しい計算手法が必要です。 AI を活用した分析の未来。」

この研究では、市場に参加するためのエネルギー貯蔵のさまざまな方法を比較し、消費者にとってエネルギーをより手頃な価格にすることと炭素排出量の削減との間のトレードオフを明らかにしました。 研究者らは、電力が必要になる前日に取引される前日市場に参加することが、二酸化炭素排出量の削減においてより効果的であることを発見した。 一方で、電力がリアルタイムで取引されるリアルタイム市場に参加することは、コスト削減に効果的です。

「私たちの研究は、市場設計が電力の経済性と、脱炭素化の初期段階から深部までの脱炭素化に向けた取り組みの両方において、エネルギー貯蔵の役割にどのような大きな影響を与える可能性があるかを浮き彫りにしています」とXu氏は述べた。 「私たちが提案するオープンソース フレームワークは、研究者や政策立案者が新たなテクノロジーや政策インセンティブを評価するための貴重なツールを提供します。」

Xu氏のチームは現在、国立研究所やカリフォルニアの送電網と電力市場を管理する非営利団体であるカリフォルニアISOと協力している。 彼らは、米国エネルギー省および国立科学財団によって設立されたプロジェクトと協力して、新しい市場設計を模索し、AI を統合してエネルギー貯蔵運用を分析および支援しています。

「再生可能エネルギーと貯蔵資源の導入には、経済性と排出削減のバランスを取るための適切な電力市場設計と政策的インセンティブが伴わなければならないことは明らかです」とシュー氏は付け加えた。カリフォルニアは世界で最も高い貯蔵容量を有しており、我々は当社の電力貯蔵能力を導入できることに興奮している。そこに解決策があります。」

この研究は「コスト効率の高い脱炭素化におけるエネルギー貯蔵のための電力市場設計の役割」と題されている。

詳しくは： Bolun Xu、「コスト効率の高い脱炭素化におけるエネルギー貯蔵のための電力市場設計の役割」、ジュール (2023)。 DOI: 10.1016/j.joule.2023.05.014。 www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(23)00211-8