Modelado del equilibrio en un mercado P2P local de energía

Abstract

Hoy en día, cada vez más consumidores se convierten en pequeños generadores, los llamados "prosumidores", con capacidades de producción de energía renovable (por ejemplo, de autoconsumo solar) y de almacenamiento. Asimismo, se observa una creciente preocupación medioambiental por parte de muchos consumidores, que buscan satisfacer su demanda de electricidad con energía obtenida de recursos renovables. En este sentido, las comunidades de energía renovable, consistentes en la asociación de prosumidores y consumidores están surgiendo para promover la generación distribuida y los intercambios locales de energía. En estas comunidades energéticas, los prosumidores pueden compartir su excedente de energía con otros consumidores vendiéndolo a un precio competitivo. Los mercados peer-to-peer (P2P) de energía aparecen como una posible estructura de mercado local para organizar los intercambios energéticos dentro de estas comunidades, donde los participantes negocian libremente los intercambios entre sí.

El objetivo de este proyecto es profundizar en el modelado de los mercados locales P2P de energía para estudiar de qué manera se pueden organizar los intercambios y cómo establecer un precio dentro de este nuevo mercado.

En primer lugar, este proyecto presenta una revisión y estudio de la literatura existente sobre el modelado de mercados P2P, con especial atención a la definición del precio de la energía dentro de este nuevo mercado. Se han identificado y descrito tres enfoques diferentes. Tras esta revisión de la literatura, se propone un modelo de optimización. Este modelo representa un mercado P2P en el que sus participantes pueden intercambiar energía entre sí y con la red, para mantener el balance de energía dentro de la comunidad. El modelo determina la capacidad fotovoltaica y de baterías óptima que debe instalar cada participante, así como su potencia contratada, para minimizar el coste de energía en la comunidad.

Este modelo se ha aplicado a un caso de estudio de una comunidad energética en Madrid. Los resultados muestran que la inversión en paneles fotovoltaicos y baterías reduce el coste anual de la energía para la comunidad hasta un 13%, en comparación con el consumo tradicional de energía de la red.

Nowadays, more and more consumers are becoming small generators, the so-called "prosumers", with renewable energy production (ex. from a rooftop solar panel) and storage capabilities. Besides, there is an increasing environmental concern of many consumers in satisfying their electricity demand through energy obtained from renewable energy sources (RES). In this sense, renewable energy communities (RECs) consisting in the association of prosumers and consumers are emerging to promote distributed RES and local energy exchanges. In RECs prosumers can share their surplus generated energy with other consumers by selling it at a competitive price. Peer-to-peer (P2P) energy markets appear as a feasible local market structure to organize the energy exchanges inside these communities, where the peers freely negotiate the energy exchanges with each other.

This thesis aims to go deeper into the modeling of local P2P markets to study how energy exchanges and energy prices could be conducted within this new market.

To do so, this thesis presents a review and study of the existing literature on P2P market modeling, with a special focus on the energy price definition inside this new market structure. Three approaches have been identified and described. Following this literature review, an optimization model has been proposed. This model represents a local P2P energy market where its participants can trade energy among each other and with the grid, to maintain the energy balance within the community. It computes the optimal PV and battery capacity to be installed by each participant, as well as their contracted power, to minimize the community energy cost.

This model has been applied to the case of a hypothetical energy community in Madrid. The results show that the investment in PV panels and batteries reduces the annual energy cost for the community up to 13% compared to the traditional energy supply from the grid.