Накопление энергии играет решающую роль в нашем переходе к более чистым и устойчивым источникам энергии. Это позволяет нам накапливать избыточную энергию, когда она доступна, из возобновляемых источников, таких как ветер и солнечная энергия, и использовать ее, когда спрос высок или предложение ограничено. Это помогает стабилизировать энергосистему, снижает зависимость от ископаемого топлива и смягчает воздействие перебоев в работе источников энергии.

Во многих частях США, таких как Нью-Йорк, Калифорния и Техас, частные компании несут ответственность за владение системами хранения энергии и их эксплуатацию. Эти предприятия участвуют в рынках электроэнергии, где они покупают и продают электроэнергию, чтобы максимизировать свою прибыль. Однако потребителям важно убедиться, что мотивы компаний, ориентированные на получение прибыли, также согласуются с более широкой целью повышения устойчивости и улучшения жизни во всем мире. Это означает нахождение баланса между сокращением выбросов углекислого газа и сохранением стоимости электроэнергии доступной для потребителей. Крайне важно привести потребности потребителей электроэнергии в соответствие с возможностями энергосистемы, способствуя при этом более экологичному будущему.

Рынки электроэнергии неразрывно связаны с физическими энергосистемами, что отличает их от других рынков. Для обеспечения бесперебойной и эффективной работы рынка используются специализированные модели для очистки участвующих ресурсов. Эти модели учитывают физические характеристики ресурсов, такие как их генерирующая способность и доступность. Целью проектирования рынка электроэнергии является создание и обновление этих моделей таким образом, чтобы максимизировать общую выгоду для общества.

Новая модель взаимодействия с участниками рынка

Новое исследование, проведенное Columbia Engineering и опубликованное в журнале Joule, исследует, как различные способы участия на этих рынках влияют на общие преимущества накопления энергии для общества. Исследователи использовали компьютерную платформу на основе агентов — модель, которая имитирует индивидуальное поведение в сложных системах, — для моделирования сценариев с возобновляемыми ресурсами и емкостями хранения, а также рыночными вариантами.

«Наше главное новшество заключалось в моделировании взаимодействия между хранилищем и рынком», — сказал ведущий автор исследования Болун Сюй, доцент кафедры инженерии земли и окружающей среды. «Мы обнаружили, что нам не только нужно больше возобновляемых источников энергии и более совершенных технологий хранения, но и что разработка рынка для наилучшей интеграции накопителей энергии для снижения затрат и выбросов в будущих энергосистемах также критически важна. Для этого нам нужны новые вычислительные методы и, в будущем, анализ с помощью искусственного интеллекта».

Тонкий баланс между экономикой и сокращением выбросов

В исследовании сравнивались различные методы накопления энергии для участия на рынке и выявлялись компромиссы между повышением доступности энергии для потребителей и сокращением выбросов углекислого газа. Исследователи обнаружили, что участие в рынках на сутки вперед, где электроэнергия продается за день до того, как она понадобится, более эффективно сокращает выбросы углекислого газа. С другой стороны, участие в рынках реального времени, где торговля электроэнергией осуществляется в режиме реального времени, более эффективно с точки зрения снижения затрат.

«Наше исследование показывает, как рыночные схемы могут существенно повлиять на роль накопителей энергии как в экономике электроэнергии, так и на пути к декарбонизации, охватывая от ранних до глубоких стадий декарбонизации», — сказал Сюй. «Предлагаемая нами платформа с открытым исходным кодом предоставляет исследователям и политикам ценный инструмент для оценки новых технологий и политических стимулов».

Будущие шаги

Команда Сюя в настоящее время сотрудничает с national labs и California ISO, некоммерческой организацией, которая управляет электросетями Калифорнии и рынком электроэнергии. Они работают с проектами, основанными Министерством энергетики США и Национальными научными фондами, чтобы изучить новые рыночные решения и интегрировать искусственный интеллект для анализа и содействия операциям по хранению энергии.

«Очевидно, — добавил Сюй, — что внедрение возобновляемых источников энергии и систем хранения должно сопровождаться соответствующими структурами рынка электроэнергии и политическими стимулами, чтобы сбалансировать экономику и сокращение выбросов. Калифорния обладает самой высокой емкостью хранилища в мире, и мы рады внедрить там наши решения».

Исследование называется «Роль проектирования рынка электроэнергии для хранения энергии в экономически эффективной декарбонизации».