Uçtan uca enerji ticareti için ortak enerji depolama sistemlerini dikkate alan optimum teklif stratejisi
Optimal bidding strategy for peer-to-peer energy trading considering community energy storage
Yazar: TAYFUR GÖKÇEK
Danışman: DOÇ. DR. OZAN ERDİNÇ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM ŞENGÖR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Son yıllarda, artan nüfus oranının meydana getirdiği karbon ayak izinin mevcut olumsuz etkilerinden dolayı yenilenebilir enerjinin daha etkin kullanılması bir zorunluluk haline gelmektedir. Enerjide yenilenmenin gerçekleştiği bu dönüşüm sürecinde konvansiyonel şebeke yönetim sistemleri de yerini uzaktan kontrolün mümkün olduğu, daha güvenilir bir işletmenin gerçekleştiği ve geniş ölçekli yönetimlerin sağlandığı akıllı şebeke yönetim sistemlerine bırakmaktadır. Bu yeni şebeke yönetimi ile birlikte enerjinin kontrolü, elektrik sistemin en küçük birimi olan son tüketicilere kadar ulaşmaktadır. Bu sayede de son tüketiciler hem akıllı ev yapısı ile tüketimlerini optimum şekilde gerçekleştirebilmekte hem de kendi dağıtık enerji yatırımları ile enerji piyasasına aktif olarak katılabilmektedirler. Son yıllarda, yukarıda belirtilen akıllı şebeke ile ev enerji yönetimlerinin son tüketicilere sağlamış olduğu avantajlardan biri de uçtan-uca (Peer-to-Peer, P2P) enerji ticareti piyasasıdır. Ortaya çıkan bu yeni model ile birlikte katılımcılar, fotovoltaik enerji (PV) gibi yenilenebilir enerji kaynaklarını kullandıktan sonra ellerinde kalan fazla enerjilerini şebekeye geri satmak yerine komşu katılımcılara satarak katılımcıdan şebekeye (Peer-to-Grid, P2G) enerji ticaretine yeni bir alternatif takas yolu elde etmektedirler. P2P'nin şebekeye ve katılımcılara birçok konuda avantaj sağlaması beklenmektedir. Pik saatlerdeki yüklenme azaltılarak şebeke üzerindeki baskı minimum seviye indirilmektedir. Bunun sonucunda da katılımcıların elektrik faturaları oldukça yüksek oranda azaltılabilecektir. Ayrıca yenilenebilir enerji tabanlı dağıtık üretim yatırımları ile karbon etkisi azaltılarak temiz ve sürdürülebilir bir çevre sunulmuş olunacaktır. Ortak Depolama Sistemleri (ODS), bölgesel entegrasyon sayesinde P2P için de belirtildiği gibi hem şebekeye hem de katılımcılara birçok avantaj sağlayan, son yıllarda dikkat çeken konulardan bir diğeridir. Katmış oldukları esnek yönetim hizmetleri sayesinde özellikle de yenilenebilir enerji üretimlerindeki belirsizlikleri en aza indirerek ideal planlama imkanı sunmaktadır.

Bu tez kapsamında, ODS'nin esnek yönetiminin de son tüketici seviyesinde yük planlamasına katıldığı, P2P enerji ticareti piyasası için iki seviyeli yeni bir optimum teklif strateji algoritması geliştirilmiştir. Geliştirilen algoritmanın ilk aşamasında bölge içindeki enerji ticaretinin ve ODS katılımının göz ardı edildiği P2G enerji ticaretinin sonuçları elde edilmiştir. İkinci aşamada P2G'ye alternatif olarak geliştirilmiş olan optimum teklif stratejisi de modele dahil edilerek P2P enerji ticareti gerçekleştirilmiştir. Son olarak ise P2P takasına ODS ve Ortak PV (OPV) de dahil edilmiştir. Son yapılan bu çalışmada ayrıca ODS'nin ve Enerji Depolama Sistemleri (EDS)'nin farklı kapasiteleri dikkate alınarak yük planlamasındaki esnekliğin piyasa koşulları üzerindeki etkileri gözlemlenerek değerlendirmeler yapılmıştır. Yapılan analiz ve değerlendirmeler ışığında geliştirilmiş olan optimum teklif stratejisinin verimliliği doğrulanmıştır.

Abstract:
In recent years, adverse issues pertaining to carbon footprint caused by the increasing population ratio necessitates using renewable energy more effectively. Conventional grid management systems give their place to smart grid management systems where remote control is possible, a more reliable operation is realized and large-scale management is provided in this transformation process, in which renewal takes place in energy. The control of energy reaches to the end users which is the smallest unit of the electrical system along with this new grid management. In this way, end users can both schedule their consumption optimally with the smart home structure and actively participate in the energy market with their own distributed energy investments. In recent years, one of the advantages of smart grid and home energy management to end consumers mentioned above is Peer-to-Peer (P2P) energy trading market. Participants can join a new alternative energy trading system to the Peer-to-Grid (P2G) energy trading by selling their remaining excess energy after using renewable energy sources such as photovoltaic energy (PV), to neighbors instead of selling back to the grid. It is expected that P2P will provide some advantages to the network and participants in many aspects. For instance, the stress on the grid is minimized by reducing the load on peak hour periods. As a result of this, the electricity bills of the participants can also be reduced considerably. In addition, a clean and sustainable environment will be provided by reducing the carbon impact with renewable energy-based distributed generation investments. Community energy storage systems (CES), another issue that is attracted attention in recent years, provide many advantages for both grid and prosumers thanks to local integration. They offer ideal scheduling opportunities by minimizing uncertainties, especially in renewable energy generation thanks to the flexible management services.

Within the scope of this thesis, a new bi-level optimal bidding strategy algorithm has been developed for the P2P energy trading market, in which the flexible management of CES also includes in load scheduling at the end user level. In the first stage of the developed algorithm, the results of P2G energy trade, in which local energy trade and CES participation are ignored, are obtained. In the second stage, P2P energy trading is carried out by including the optimal bidding strategy developed as an alternative to P2G. Finally, CES and Community PV (CPV) are added in the P2P market. In this final stage, the impacts of flexibility in load scheduling on market conditions are observed and evaluated considering the different capacities of CES and Energy Storage Systems (ESS). As a result of analysis and evaluations, the effectiveness of the proposed bidding strategy has been verified.