A mathematical model for electricity demand optimization with energy storage system integration for a seaport

Abstract

У статті було розроблено та проведено верифікацію математичної моделі оптимізації попиту на електроенергію для морського порту з інтеграцією системи накопичення енергії (СНЕ), спрямованої на мінімізацію операційних витрат і підвищення енергетичної стійкості. Дослідження ґрунтується на розробці математичної моделі, сформульованої як задача лінійного програмування для мінімізації сумарних операційних витрат на електроенергію протягом заданого горизонту планування. Вона враховує оптимізацію профілів купівлі електроенергії з мережі, використання власної генерації відновлювальних джерел енергії (ВДЕ), а також режимів зарядки та розрядки СНЕ. Визначено ключові вхідні параметри (прогнозоване навантаження, генерація ВДЕ, динамічні тарифи, ліміти мережі, характеристики СНЕ). Цільова функція мінімізує суму витрат на купівлю, деградацію СНЕ та штрафи. Система обмежень передбачає баланс потужностей, динаміку заряду СНЕ, обмеження на перевищення ліміту мережі та діапазони змінних. Модель реалізовано та верифіковано за допомогою імітаційного моделювання в MATLAB. Результати моделювання показали, що інтеграція СНЕ та ВДЕ значно знижує пікові навантаження й оптимізує купівлю електроенергії з мережі. Генерація ВДЕ ефективно використовується для покриття навантаження. Стратегія зарядки / розрядки СНЕ демонструє ефективний енергетичний арбітраж. Динаміка заряду СНЕ підтверджує, що рівень заряду батареї залишається в допустимих межах. Порівняння базової та оптимізованої купівлі потужності візуально демонструє значне згладжування профілю споживання та зниження піків, що прямо вказує на економічну економію. Уперше розроблено комплексну математичну модель оптимізації попиту для морського порту, яка одночасно враховує динамічні тарифи, інтеграцію нестабільних ВДЕ, оптимальне управління СНЕ та специфічні операційні особливості порту. Модель надає портам інструмент для значного зниження операційних витрат на електроенергію, підвищення енергетичної стійкості та здатності до самозабезпечення. Інвестиції в СНЕ та інтелектуальні системи управління є стратегічно виправданими для підвищення конкурентоспроможності та відповідності екологічним стандартам.