Modelado del comportamiento cooperativo de los consumidores en la toma de decisiones de inversión en generación distribuida mediante teoría de juegos cooperativos

Abstract

La expansión de la generación distribuida está experimentando una transición hacia modelos más colaborativos, donde grupos de consumidores cooperan para obtener beneficios económicos. En este proyecto se modela una comunidad energética situada en Madrid formada por cuatro viviendas, con posibilidad de inversión en paneles solares y baterías de litio. Se comparan dos modelos de la comunidad; un modelo de operación individual de los agentes respecto a las decisiones de inversión y operación de la energía y otro modelo de gestión en inversión cooperativo. Con el objetivo de minimizar el coste anual de la energía, se comparan ambos modelos para ver cuál incurre en menores costes para los agentes. Se desarrolla el problema de optimización de ambos modelos, cooperativo y no cooperativo y se propone una metodología para obtener una coalición óptima en la que los agentes obtengan beneficio económico. Los costes obtenidos de la cooperación se distribuyen mediante dos métodos que se comparan para validar cuál es más apropiado para asignar el coste individual. Estos dos métodos son el valor de Shapley de teoría de juegos cooperativos y una distribución del coste total proporcional a la energía consumida por cada agente. Se obtiene así el ahorro individual percibido por cada agente cuando coopera con la comunidad respecto a su operación independiente. Los modelos diseñados son validados en dos escenarios con curvas de demanda diferentes.

The expansion of distributed generation is turning to more collaborative models where groups of consumers cooperate to obtain economic benefits. In this work an energy community located in Madrid is modelled, formed by four households that can invest in photovoltaic panels and lithium-ion batteries to manage their energy. Two models of the energy community are compared: one of the individual operation of each agent's energy, and the other one of the jointly investment and management of the energy. Aiming to minimise the annual energy cost, these two models are compared to verify which incurs in lower costs to households. The optimisation model is developed and a methodology is introduces to obtain an optimal coalition of households where all obtain economic benefit. The costs obtained from the cooperative model are distributed by two different methods which are compared to see which is more appropriate to obtain individual costs. The two methods applied in this work are: the Shapley value from cooperative game theory, and a proportional distribution according to each member's energy consumption. In this way it is obtained the allocated saving to each agent when it cooperates with others respect to its individualistic operation. Finally the designed models are validated in two scenarios with different load profiles.