Accurate Modeling of a Profit-Driven Power to Hydrogen and Methane Plant Toward Strategic Bidding Within Multi-Type Markets

投标 利润(经济学) 可再生能源 古诺竞争 数学优化 产业组织 微观经济学 天然气 市场支配力 环境经济学 发电站 电力市场 计算机科学 经济 工程类 数学 废物管理 电气工程 垄断
作者
Guangsheng Pan,Wei Gu,Yuping Lu,Haifeng Qiu,Shuai Lu,Shuai Yao
出处
期刊:IEEE Transactions on Smart Grid [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:12 (1): 338-349 被引量:49
标识
DOI:10.1109/tsg.2020.3019043
摘要

A power to hydrogen and methane (P2HM) plant can couple three different energy sectors including electricity, natural gas, and hydrogen, showing great potentials in supporting the penetration of renewable energy sources. This article develops a bi-level strategic bidding model of a profit-driven P2HM plant from both market and technology perspectives. In the upper-level model, the P2HM plant submits day-ahead bids of energy prices and quantities to the power, natural gas, and hydrogen markets, respectively, with the objective to maximize its benefit; Moreover, the technical problems for operating this P2HM plant are also considered. In the lower-level model, multi-type markets are handled using different approaches based on market characteristics, to achieve an appropriate framework for multi-type markets. Specifically, the power and natural gas markets are characterized by the widely used optimal power and gas flows (OPGF) with network constraints, and the quantity-based competition Cournot model is employed to represent the emerging hydrogen market. In model solving, the bi-level optimization model is reformulated into a mathematical program with equilibrium constraints (MPEC) model. Subsequently, the strong-duality theory is applied to linearize the nonlinear terms of the model. Two case studies are performed to show the effectiveness of this model.

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