Optimization of combined electric, hydrogen and gas fueling station in electricity markets

Abstract

Silná závislost na konvenčních fosilních palivech vedla k vážným problémům v oblasti životního prostředí. Zejména odvětví dopravy je již po desetiletí hlavním zdrojem emisí z fosilních paliv. Proto je přijetí a rozšíření čistých technologií v dopravě zásadní. Elektromobily na baterie a vozidla na vodíkové palivové články jsou uznávány pro svůj významný potenciál snížit spotřebu fosilních paliv. Přechod od vozidel na fosilní paliva k elektrickým a vodíkovým vozidlům však do značné míry závisí na dostupnosti čerpacích stanic pro tyto nové technologie. S tím, jak se inovativní řešení dobíjecích stanic stávají stále populárnějšími, je potřeba porozumět jejich integraci do trhů s elektřinou zásadní. Tato studie se zaměřuje na mechanismy diskrétních aukcí na spotovém trhu, kde se energie nakupuje a prodává s jednodenním nebo několika hodinovým předstihem, aby byla uspokojena poptávka v reálném čase. Tato práce zkoumá víceproduktovou nabíjecí stanici, která se účastní denních a vnitrodenních trhů založených na aukcích, kde jsou ceny nejisté. Pro nabíjecí stanici, která působí na sekvenčních trzích s různými cenami, je nutné koordinované nabízení. S ohledem na sekvenční zúčtování těchto trhů a postupnou realizaci tržních cen je problém nabídky formulován jako dvoustupňový stochastický program. Cílem je maximalizovat zisk víceproduktové nabíjecí stanice stanovením optimálních nabídkových křivek a provozu zařízení.

The heavy reliance on conventional fossil fuels has led to serious environmental issues. The transport sector, in particular, has been a major source of fossil fuel emissions for decades. This makes the adoption and expansion of clean technologies for transportation crucial. Battery electric vehicles and hydrogen fuel cell vehicles are recognized for their significant potential to reduce fossil fuel use. However, the transition from fossil fuel vehicles to electric and hydrogen vehicles is largely dependent on the availability of refueling stations for these new technologies. As innovative charging station solutions become more popular, the need to understand their integration into electricity markets has become essential. Discrete-auction mechanisms on the spot market, where power is bought and sold one day or several hours in advance to meet real-time demand, are the focus of this study. This thesis examines a multi-product charging station that participates in day-ahead and intraday auction-based markets, where prices are uncertain. For a charging station operating in sequential markets with different prices, coordinated bidding is required. Considering the sequential clearing of these markets and the gradual realization of market prices, the bidding problem is formulated as a two-stage stochastic program. The objective is to maximize the profit of the multi-product charging station by determining the optimal bidding curves and the operation of the devices.