Пространственно-временное ценообразование для мультиэнергетических систем с доминированием фотогальваники: сценарная формулировка игры Стэкельберга–Нэша

Почему важно умное энерготорговля

По мере того как солнечные панели распространяются от крыш до целых районов, наша энергетическая система становится чище — но и сложнее в управлении. Солнечный свет приходит и уходит вместе с погодой, тогда как дома, предприятия и транспорт ожидают надёжного снабжения электроэнергией, теплом и всё чаще водородным топливом в любое время суток. В этой статье исследуется, как множество независимых участников, каждый со своими солнечными панелями, батареями и устройствами преобразования, могут торговать на рынках электроэнергии, водорода и тепла координированно, чтобы поддерживать энергоснабжение, снижать затраты и минимизировать потери.

От однонаправленных сетей к многоучастной энергетике

Традиционные энергосистемы строились вокруг нескольких крупных электростанций, которые направляли электроэнергию в одну сторону к пассивным потребителям. Сегодня бесчисленное множество мелких участников — владельцы зданий, сообщества и компании — владеют солнечными панелями, батареями и устройствами, превращающими электричество в водород или тепло. Эти участники не только потребляют, но и производят и торгуют. Авторы сосредотачиваются на этом новом «мультиэнергетическом» мире, где решения в одной сфере, например в электроэнергии, отражаются на других, например на поставках водорода или районном отоплении. Они утверждают, что существующие инструменты планирования, предполагающие единого центрального планировщика с полной информацией, уже недостаточны, когда множество заинтересованных игроков одновременно делает ставки на нескольких рынках в условиях неопределённого солнечного излучения и цен.

Позволить агентам играть честно

Чтобы уловить эту сложность, исследование формулирует взаимодействия как игру между множеством агентов и оператором рынка. Каждый агент может продавать электроэнергию, водород и тепло или перераспределять энергию между этими формами с помощью таких устройств, как батареи, электролизёры и котлы. В то же время независимый системный оператор должен гарантировать физическую безопасность и баланс сети. Авторы используют структуру, известную как игра Стэкельберга–Нэша: оператор выступает лидером, устанавливая правила сети и рынка, а агенты — последователями, которые отвечают, выбирая ставки, максимизирующие их прибыль. Поскольку солнце и спрос неопределённы, агенты планируют не одно будущее, а набор возможных сценариев, разворачивающихся во времени.

Планирование множества возможных будущих событий

Вместо опоры на единый прогноз модель представляет неопределённость с помощью сценарного дерева — ветвящегося набора правдоподобных траекторий для солнечной генерации, спроса и цен в течение дня. Каждый агент разрабатывает торговую стратегию, охватывающую время и ветви этого дерева, выбирая, сколько предлагать на каждом рынке, когда заряжать или разряжать батареи и когда преобразовывать электроэнергию в водород или тепло. Включены штрафы за растрачиваемую солнечную энергию, за неэффективные преобразования и за несоответствие обещанным поставкам. Это стимулирует агентов разумно использовать гибкие ресурсы, сглаживая колебания солнечной генерации и одновременно извлекая выгоду из рыночных возможностей.

Что происходит при взаимодействии многих гибких игроков

Авторы проверяют свою модель на стандартной эталонной распределительной сети, населённой несколькими разными агентами. Некоторые владеют крупными солнечными и аккумуляторными системами; у других сильнее мощности по водороду или теплу. Симуляции показывают, что когда агенты могут перераспределять энергию между рынками и во времени, они становятся более устойчивыми к колебаниям солнечной генерации и ценовым шокам. Прибыли стабилизируются, меньше ставок отклоняется, и меньше энергии тратится впустую. Агенты с хорошо сбалансированными портфелями — сочетая хранение и устройства преобразования — особенно эффективно занимаются арбитражем, помогая стабилизировать цены и действуя как мосты между секторами энергии. При этом в системе требуется меньше дорогостоящих резервов для управления неопределённостью, при сохранении или улучшении надёжности.

Что это означает для будущих энергетических рынков

Для неспециалистов главный вывод в том, что умные правила координации и гибкие технологии могут превратить проблему переменной солнечной генерации в преимущество. Рассматривая торговлю как структурированную игру в условиях неопределённости, эта модель показывает, как множество независимых игроков могут одновременно конкурировать и сотрудничать на рынках электроэнергии, водорода и тепла. Когда рынок учитывает преобразования и хранение, система использует больше доступной возобновляемой энергии, тратит меньше средств на резервные мощности и распределяет экономические выгоды более равномерно между участниками. Короче говоря, статья указывает на платформы проектирования рынков будущего, где системы с высокой долей солнечной энергии и мультиэнергетической инфраструктурой становятся не только технически осуществимыми, но и эффективными, справедливыми и устойчивыми.

Цитирование: Qiao, H., Wen, S., Zhang, Y. et al. Spatiotemporal bidding for multi-energy systems with photovoltaic dominance: a scenario-based Stackelberg–Nash game formulation. Sci Rep 16, 14362 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41892-7

Ключевые слова: рынки мультиэнергии, интеграция фотогальваники, стратегическое ценообразование, связывание водорода и тепла, гибкость энергохранения