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

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorЛободзинський Вадим Юрійович
dc.contributor.authorБурик Микола Петрович
dc.contributor.authorПетрученко Олег Васильович
dc.contributor.authorПетрученко Андрій Олегович
dc.contributor.authorПаламарчук Анна Олександрівна
dc.contributor.authorLobodzinskiy Vadim Yu.
dc.contributor.authorBuryk Mykola P.
dc.contributor.authorPetruchenko Oleg М.
dc.contributor.authorPetruchenko Andrii O.
dc.contributor.authorPalamarchuk Anna Yu.
dc.date.accessioned2025-12-05T09:39:18Z
dc.date.issued2025
dc.descriptionA mathematical model for electricity demand optimization with energy storage system integration for a seaport = Математична модель оптимізації попиту на електроенергію з інтеграцією систем накопичення енергії для морського порту / В. Ю. Лободзинський, М. П. Бурик, О. В. Петрученко, А. О. Петрученко, А. О. Паламарчук // Shipbuilding & Marine Infrastructure. – 2025. – № 2 (21). – С. 134–144.
dc.description.abstractУ 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.
dc.description.abstract1In this article, a mathematical model for electricity demand optimization in a seaport, integrating Energy Storage Systems (ESS), was developed and verified. The model aims to minimize operational costs and enhance energy resilience. The research is based on developing a mathematical model formulated as a linear programming problem to minimize total operational electricity costs over a specified planning horizon. It accounts for the optimization of electricity purchasing profiles from the grid, the use of self-generated renewable energy sources (RES), and ESS charging and discharging modes. Key input parameters were defined, including forecasted loads, RES generation, dynamic tariffs, grid limits, and ESS characteristics. The objective function minimizes the sum of electricity purchase costs, ESS degradation costs, and penalties. The system of constraints includes power balance, ESS charge dynamics, limits on exceeding grid power limits, and variable ranges. The model was implemented and verified using simulations in MATLAB. The simulation results demonstrated that the integration of ESS and RES significantly reduces peak loads and optimizes electricity purchases from the grid. RES generation is effectively utilized to cover the loads. The ESS charging/discharging strategy shows effective energy arbitrage. The dynamics of the ESS charge confirm that the battery charge level remains within permissible limits. A comparison of baseline and optimized power purchases visually demonstrates significant smoothing of the consumption profile and peak reduction, directly indicating economic savings. For the first time, a comprehensive mathematical model for demand optimization in a seaport has been developed, simultaneously considering dynamic tariffs, the integration of intermittent RES, optimal ESS management, and specific operational features of the port. The model provides ports with a tool for the significant reduction of electricity operational costs, increased energy resilience, and self-sufficiency. Investments in ESS and intelligent control systems are strategically justified for enhancing competitiveness and complying with modern environmental standards.
dc.identifier.issn2409-3858 (Print)
dc.identifier.issn2519-1845 (Online)
dc.identifier.urihttps://eir.nuos.edu.ua/handle/123456789/11468
dc.language.isoen
dc.relation.ispartofseriesУДК; 621.311: 519.8: 620.91: 658.26
dc.subjectmathematical model
dc.subjectdemand optimization
dc.subjectelectricity
dc.subjectenergy Storage Systems
dc.subjectrenewable energy sources
dc.subjectlinear programming
dc.subjectpeak load
dc.subjectenergy arbitrage
dc.subjectenergy resilience
dc.subjectматематична модель
dc.subjectоптимізація попиту
dc.subjectелектроенергія
dc.subjectсистеми накопичення енергії
dc.subjectвідновлювані джерела енергії
dc.subjectлінійне програмування
dc.subjectпікове навантаження
dc.subjectенергетичний арбітраж
dc.subjectенергетична стійкість
dc.titleA mathematical model for electricity demand optimization with energy storage system integration for a seaport
dc.title.alternativeМатематична модель оптимізації попиту на електроенергію з інтеграцією систем накопичення енергії для морського порту
dc.typeArticle

Файли

Контейнер файлів

Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Lobodzinskiy.pdf
Розмір:
1.36 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити

Ліцензійна угода

Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
license.txt
Розмір:
4.38 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

№ 2 (21) 2025