Międzynarodowy zespół badaczy opracował nowatorską koncepcję handlu energią elektryczną i uprawnieniami do emisji węgla w ramach systemów sprzężenia elektro-wodorowego (EHCS), uwzględniającą problem nieuczciwych zachowań rynkowych. Badania, opublikowane w prestiżowym czasopiśmie naukowym, mogą stanowić przełom w efektywnym zarządzaniu energią i redukcji emisji CO₂.
Autorzy pracy – Wendi Zheng, Yuhang Zhao, Zhenguo Shao, Zhenhua Lai, Jiateng Wang i Yingsheng Yang – stworzyli ramy handlu peer-to-peer (P2P) dla systemów EHCS, opracowując równocześnie mechanizmy przeciwdziałające nieuczciwym praktykom, które mogą zakłócać proces współdzielenia energii.
Badacze skupili się na systemach elektryczno-wodorowych (EHCS), które odgrywają kluczową rolę w dywersyfikacji wykorzystania energii i redukcji emisji węgla. Tego typu systemy integrują produkcję i wykorzystanie energii elektrycznej oraz wodoru, umożliwiając elastyczne zarządzanie zasobami energetycznymi. Jednak w środowisku rynkowym nieuczciwe zachowania mogą znacząco utrudniać efektywne dzielenie się energią w ramach takich systemów.
Proponowany model bazuje na czterech filarach:
- Ustanowieniu ram operacyjnych P2P dla handlu energią elektryczną i uprawnieniami do emisji węgla, co ma przyczynić się do obniżenia kosztów operacyjnych systemów EHCS.
- Wprowadzeniu strategii niskoemisyjnej, integrującej wychwytywanie i składowanie węgla (CCS) oraz technologię power-to-gas dla osiągnięcia synergii energetycznej.
- Wykorzystaniu metody mnożników kierunku naprzemiennego (ADMM) do rozwiązania modelu negocjacji Nash, co zapewnia prywatność danych i sprawiedliwą alokację zasobów.
- Opracowaniu mechanizmu równowagi dla nieuczciwych zachowań, zapewniającego stabilny i niezawodny handel energią.
W celu optymalizacji handlu energią, badacze wprowadzili również element handlu uprawnieniami do emisji węgla i sformułowali problem negocjacji Nash, który następnie został rozłożony na dwa podproblemy. Dla ochrony prywatności uczestników rynku, do rozwiązania tych podproblemów zastosowano metodę ADMM.
Wyniki przeprowadzonych studiów przypadku pokazują, że zaproponowany mechanizm handlu P2P może skutecznie osiągnąć równowagę w obliczu nieuczciwych zachowań, zmniejszyć marnotrawstwo energii oraz zwiększyć korzyści ekonomiczne dla wszystkich uczestników systemu.
Badania te mają istotne znaczenie dla rozwoju technologii wodorowych i integracji różnych form energii w ramach jednego ekosystemu. Systemy sprzężenia elektro-wodorowego stanowią obiecujący kierunek w transformacji energetycznej, umożliwiając efektywne wykorzystanie nadwyżek energii elektrycznej do produkcji wodoru, który może być następnie magazynowany i wykorzystywany w okresach zwiększonego zapotrzebowania na energię.
Technologia wodorowa odgrywa kluczową rolę w procesie dekarbonizacji gospodarki, szczególnie w sektorach trudnych do elektryfikacji, takich jak przemysł ciężki czy transport dalekobieżny. Wodór, jako uniwersalny nośnik energii, może być produkowany z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii, a następnie przekształcany z powrotem w energię elektryczną lub wykorzystywany bezpośrednio jako paliwo. Jednak efektywne zarządzanie takimi systemami wymaga zaawansowanych mechanizmów handlu i współdzielenia zasobów, co podkreśla znaczenie badań przedstawionych w omawianej publikacji.
Opracowany model, uwzględniający zarówno aspekty techniczne, jak i ekonomiczne, może znacząco przyczynić się do przyspieszenia transformacji energetycznej i osiągnięcia celów klimatycznych poprzez efektywniejsze wykorzystanie dostępnych zasobów energetycznych oraz ograniczenie emisji gazów cieplarnianych.
Źródło: Science Direct