Consensus-based approach to peer-to-peer electricity markets with product differentiation

With the sustained deployment of distributed generation capacities and the more proactive role of consumers, power systems and their operation are drifting away from a conventional top-down hierarchical structure. Electricity market structures, however, have not yet embraced that evolution. Respecting the high-dimensional, distributed and dynamic nature of modern power systems would translate to designing peer-to-peer markets or, at least, to using such an underlying decentralized structure to enable a bottom-up approach to future electricity markets. A peer-to-peer market structure based on a Multi-Bilateral Economic Dispatch (MBED) formulation is introduced, allowing for multi-bilateral trading with product differentiation, for instance based on consumer preferences. A Relaxed Consensus+Innovation (RCI) approach is described to solve the MBED in fully decentralized manner. A set of realistic case studies and their analysis allow us showing that such peer-to-peer market structures can effectively yield market outcomes that are different from centralized market structures and optimal in terms of respecting consumers preferences while maximizing social welfare. Additionally, the RCI solving approach allows for a fully decentralized market clearing which converges with a negligible optimality gap, with a limited amount of information being shared.Comment: Accepted for publication in IEEE Transactions on Power System

Peer-to-peer and community-based markets: A comprehensive review

The advent of more proactive consumers, the so-called "prosumers", with production and storage capabilities, is empowering the consumers and bringing new opportunities and challenges to the operation of power systems in a market environment. Recently, a novel proposal for the design and operation of electricity markets has emerged: these so-called peer-to-peer (P2P) electricity markets conceptually allow the prosumers to directly share their electrical energy and investment. Such P2P markets rely on a consumer-centric and bottom-up perspective by giving the opportunity to consumers to freely choose the way they are to source their electric energy. A community can also be formed by prosumers who want to collaborate, or in terms of operational energy management. This paper contributes with an overview of these new P2P markets that starts with the motivation, challenges, market designs moving to the potential future developments in this field, providing recommendations while considering a test-case

Lightweight Blockchain Framework for Location-aware Peer-to-Peer Energy Trading

Peer-to-Peer (P2P) energy trading can facilitate integration of a large number of small-scale producers and consumers into energy markets. Decentralized management of these new market participants is challenging in terms of market settlement, participant reputation and consideration of grid constraints. This paper proposes a blockchain-enabled framework for P2P energy trading among producer and consumer agents in a smart grid. A fully decentralized market settlement mechanism is designed, which does not rely on a centralized entity to settle the market and encourages producers and consumers to negotiate on energy trading with their nearby agents truthfully. To this end, the electrical distance of agents is considered in the pricing mechanism to encourage agents to trade with their neighboring agents. In addition, a reputation factor is considered for each agent, reflecting its past performance in delivering the committed energy. Before starting the negotiation, agents select their trading partners based on their preferences over the reputation and proximity of the trading partners. An Anonymous Proof of Location (A-PoL) algorithm is proposed that allows agents to prove their location without revealing their real identity. The practicality of the proposed framework is illustrated through several case studies, and its security and privacy are analyzed in detail

Recursos geológicos de Trás-os-Montes – Passado, presente e perspetivas futuras

Em consequência da sua evolução ao longo da história da Terra, a região de Trás-os-Montes e Alto Douro possui uma grande diversidade de recursos geológicos. Alguns deles foram explorados pelo Homem em diferentes momentos da sua História. Este livro pretende contribuir para o conhecimento, valorização e promoção dos recursos geológicos e do património associado à sua exploração no passado; pois estamos convencidos de que uma eficiente exploração de alguns destes recursos, juntamente com a valorização turística do património geológico-mineiro, muito pode contribuir para dinamizar a economia da região. A Península Ibérica é constituída por formações rochosas que resultam da ação dos processos geotectónicos e dos fenómenos atmosféricos ao longo de mais de 500 milhões de anos (Ma). Neste contexto, Trás-os-Montes é uma região particularmente privilegiada pois é possível encontrar aqui a marca de grande parte dos fenómenos geológicos decorridos desde, ou mesmo antes, do princípio da formação da cadeia montanhosa Hercínica, ou Varisca, ocorrida na Era paleozoica. Uma dessas marcas é o maciço de Bragança e Morais, resultante da instalação de mantos de carreamento por obducção, testemunho da colisão continental então ocorrida. Neste maciço encontram-se rochas únicas com origem na crosta continental inferior e no manto, como é o caso dos Granulitos do Tojal dos Pereiros (Bragança) que, tal como se verá neste livro, poderão ser das rochas mais antigas da Terra com cerca de 1000 Ma. Neste livro procura-se fazer uma síntese dos vários depósitos minerais metálicos e não metálicos assim como das massas rochosas, com interesse económico, resultantes da sequência dos vários processos geológicos ocorridos desde o início do ciclo orogénico Hercínico até aos dias de hoje como, por exemplo, a erosão, o transporte, a sedimentação, o metamorfismo, o magmatismo e a deformação tectónica. Outra consequência da evolução geodinâmica são as inúmeras nascentes de água mineral natural com propriedades sulfúreas, gasocarbónica ou bicarbonadas sódicas, ligadas a mineralizações em grande profundidade ao longo das falhas, de orientação NNE-SSW, de Manteigas – Vilariça – Bragança e Penacova – Régua – Vila Real – Verin. O sistema de fraturas resultante do relaxamento de tensões orogénicas ocorrido na Era Mesozoica, condicionou também a instalação da rede hidrográfica atual e, juntamente com o processo erosivo iniciado no Pérmico, são os grandes responsáveis pelas magníficas paisagens de Trás-os-Montes e Alto Douro. Devido às suas propriedades terapêuticas conferidas pela suas características naturais de mineralização, algumas águas de origem profunda (Águas Minerais Naturais) são aproveitadas em termalismo de bem-estar ou terapêutico, podendo ainda ser, concomitantemente ou não, disponibilizadas engarrafadas. Neste livro apresenta-se o importante testemunho das práticas de exploração e gestão das concessões hidrominerais das empresas VMPS – Águas e Turismo, S.A. e UNICER Aguas, S.A, detentoras das marcas Pedras Salgadas, Salus Vidago, Melgaço e Vitalis. Os recursos minerais da região transmontana foram explorados pelo Homem desde tempos remotos. Como se verá neste livro, existem evidências da prática da metalurgia desde o VI milénio a.C. São também conhecidos os vestígios de uma intensa mineração deixados pelos romanos como, por exemplo, em Três Minas (ouro), Montesinho (ouro) e Moncorvo (ferro). Contudo, foi sobretudo na época moderna, com destaque para o período compreendido entre meados do século dezanove e o fim do século vinte, que a atividade mineira em Trás-os-Montes teve o seu apogeu. São ainda bem evidentes na nossa paisagem as ruinas dessa indústria que as pessoas mais velhas recordam com alguma saudade. As minas mudaram a realidade de muitas comunidades do interior transmontano pois trouxeram desafogo económico e desenvolvimento social para além de as retirarem do isolamento ancestral a que estavam votadas. A progressiva globalização das economias integrou a nossa indústria extrativa, muito desprotegida, em mercados muito competitivos para os quais não estava preparada. Em consequência, grande parte das minas portuguesas pararam a sua atividade entre as décadas de setenta e noventa do século passado. O encerramento das minas deixou por vezes um legado bastante negativo com instalações abandonadas, lugares poluídos, comunidades enfraquecidas pela emigração, infraestruturas degradadas e consequente contração económica. Felizmente, a maior parte dos passivos ambientais e de segurança têm sido progressivamente revertidos em consequência das prioridades definidas pela União Europeia (EU). A empresa estatal EDM (Empresa de Desenvolvimento Mineiro, S.A.) é responsável desde 2001 pelas intervenções ambientais e de segurança nas antigas explorações mineiras portuguesas. Neste livro dá-se conta da sua atuação em Trás-os- -Montes, nomeadamente em Jales, onde o ouro foi explorado até à última década do século passado. Com este livro pretende-se também fazer uma reflexão sobre a possível valorização em termos económicos do vastíssimo património mineiro existente na região. Para tal apresenta-se o testemunho do Museu do Ferro e da Região de Moncorvo que foi um dos projetos pioneiros no país a fazer a divulgação da atividade mineira e com isso contribuir diretamente para o desenvolvimento local através da procura turística. Apresenta-se também o exemplo do projeto Roteiro das Minas e Pontos de Interesse Mineiro e Geológico de Portugal que promove turisticamente algum do património mineiro e geológico do nosso país. O futuro da indústria extrativa em Trás-os-Montes é imprevisível. A sua evolução depende muito da conjugação de fatores que dependem da evolução dos mercados mundiais das matérias-primas e das grandes opções económica e estratégicas para o nosso país. Nos últimos anos tem-se verificado algum dinamismo no setor através dos contratos de prospeção e pesquisa pedidos junto da Direção Geral de Energia e Geologia (DGEG). Esta atividade tem refletido o aumento da procura de minérios como o ferro, o ouro, o volfrâmio ou o lítio. Nalguns casos esta procura poderá resultar de alguma instabilidade política nos países produtores que condiciona as necessidades de matéria-prima por parte das grandes economias como a China. Noutros casos, dever-se-á à importância estratégica que lhes é atribuída em função dos desenvolvimentos tecnológicos, como é o caso do lítio na produção de baterias elétricas. Devido ao destaque e ao potencial atualmente associado a este minério, apresenta-se também neste livro uma exposição sobre os recursos de lítio existentes na região transmontana. Para além de terem um impacto direto na economia regional, estas últimas campanhas de prospeção permitiram também conhecer melhor a diversidade, a extensão e a génese dos recursos minerais de Trás-os-Montes. Referimos como exemplo o jazigo de ferro de Moncorvo que, embora tenha já sido bastante estudado no passado e como tal considerado um dos maiores da Europa, foi novamente objeto de estudo através da aplicação de novas técnicas de prospeção e de investigação científica de que damos conta neste livro. A concretização dos objetivos a que este livro se propõe, nomeadamente, a divulgação, promoção e valorização dos recursos geológicos de vasta região transmontana, só é possível através do contributo individual dos vários autores que aceitaram o nosso convite e aos quais estamos muito gratos. Aproveitamos também para agradecer às suas instituições e empresas de origem, nomeadamente, à Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro (UTAD), à Universidade do Minho (UM), à Companhia Portuguesa do Ferro S.A. (CPF), ao Super Bock Group, ao Projeto Arqueológico da Região de Moncorvo (PARM), ao Centro de Investigação Transdisciplinar: Cultura Espaço e Memória (CITCEM), à Direção Regional de Cultura do Norte (DRCN), à Direção Geral de Energia e Geologia (DGEG) e ao Laboratório Nacional de Energia e Geologia (LNEG). Agradecemos igualmente o apoio à publicação dado pelas empresas Super Bock Group, EDM, Omya, CPF e pela Câmara Municipal de Torre de Moncorvo e pelo Museu do Ferro & da Região de Moncorvo. O nosso muito obrigado também aos Geólogos Carlos Rosa, Pedro Santos e Antunes da Silva e ao Engenheiro José Nunes de Almeida pelos seus empenhos pessoais na concretização deste projeto. Por fim, agradecemos ao Atilano Suarez o excelente trabalho de design e paginação deste livro. O livro está dividido em duas partes. A primeira, intitulada Diversidade e Importância dos Recursos Geológicos, apresenta uma síntese dos principais recursos minerais existentes na região, com destaque para os recursos de lítio, ferro e águas minerais naturais. A segunda parte intitulada Perspetiva Histórica e Potencial Turístico do Património Geológico e Mineiro, aborda a mineração ao longo da História e apresenta alguns contributos para a valorização do património mineiro e geológico da região.Agradecemos igualmente o apoio à publicação dado pelas empresas Super Bock Group, EDM, Omya, CPF e pela Câmara Municipal de Torre de Moncorvo e pelo Museu do Ferro & da Região de Moncorvoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersio

Holonic self-sustainable systems for electrical micro grids

The self-sustainability of micro grids is an important challenge in the smart grids field due to the need to balance the fast growing energy consumption, reduce greenhouse gas emissions and increase energy independence by using renewable resources. The use of decentralized paradigms, and particularly multi-agent systems and holonic control, enable to face this challenge by implementing intelligent mechanisms that allow an efficient management of the power flow. In this paper, a holonic based model is introduced, considering load scheduling and forecast mechanisms to improve the micro grids self-sustainability, and consequently reduce the energy cost and the energy dependency from the main utility. The designed holonic based model and strategies were developed by using the agent technology, and particularly the JADE framework, showing important improvements in the self-sustainability of micro grids working in different operating modes.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Self-organizing Coordination of Multi-Agent Microgrid Networks

abstract: This work introduces self-organizing techniques to reduce the complexity and burden of coordinating distributed energy resources (DERs) and microgrids that are rapidly increasing in scale globally. Technical and financial evaluations completed for power customers and for utilities identify how disruptions are occurring in conventional energy business models. Analyses completed for Chicago, Seattle, and Phoenix demonstrate site-specific and generalizable findings. Results indicate that net metering had a significant effect on the optimal amount of solar photovoltaics (PV) for households to install and how utilities could recover lost revenue through increasing energy rates or monthly fees. System-wide ramp rate requirements also increased as solar PV penetration increased. These issues are resolved using a generalizable, scalable transactive energy framework for microgrids to enable coordination and automation of DERs and microgrids to ensure cost effective use of energy for all stakeholders. This technique is demonstrated on a 3-node and 9-node network of microgrid nodes with various amounts of load, solar, and storage. Results found that enabling trading could achieve cost savings for all individual nodes and for the network up to 5.4%. Trading behaviors are expressed using an exponential valuation curve that quantifies the reputation of trading partners using historical interactions between nodes for compatibility, familiarity, and acceptance of trades. The same 9-node network configuration is used with varying levels of connectivity, resulting in up to 71% cost savings for individual nodes and up to 13% cost savings for the network as a whole. The effect of a trading fee is also explored to understand how electricity utilities may gain revenue from electricity traded directly between customers. If a utility imposed a trading fee to recoup lost revenue then trading is financially infeasible for agents, but could be feasible if only trying to recoup cost of distribution charges. These scientific findings conclude with a brief discussion of physical deployment opportunities.Dissertation/ThesisDoctoral Dissertation Systems Engineering 201

Multi-Agent Architecture for Peer-to-Peer Electricity Trading based on Blockchain Technology

The security of smart grids is put at risk due to their automation and remote access features. Blockchain technology can be used as a distributed ledger where data is stored and all the data transactions between the different entities of a smart grid are signed to protect them from such attacks. This paper proposes a multi-agent system (MAS) that combines smart contracts and blockchain to enable Peer-to-Peer electricity trading in a MicroGrid (MG) scenario, without the need for human intervention. The use of blockchain technology helps reduce transaction costs and allows to make micro transactions in the proposed market. Blockchain also improves the security of the platform because all the involved actors can be certain about the authorship of the information produced in the system. Finally, the use of a MAS and the possibility of negotiating between the agents helps obtain an optimal state in the system in which the costs of energy are minimal and the local production of energy is profitable.©2019 IEEE. Personal use of this material is permitted. Permission from IEEE must be obtained for all other uses, in any current or future media, including reprinting/republishing this material for advertising or promotional purposes, creating new collective works, for resale or redistribution to servers or lists, or reuse of any copyrighted component of this work in other works.fi=vertaisarvioitu|en=peerReviewed

ARTA: An economic middleware to exchange pervasive energy and computing resources

Studies reveal that an integrated system of smart grid and cloud computing ecosystems can better attain the energy efficiency objectives, considering all the aspects. To facilitate the integration, in this paper, we introduce an agent-oriented economic middleware architecture (ARTA) to exchange pervasive energy and computing resources in different layers of the service provisioning platform, from the edge layer of micro-grid and P2P-cloud to the mass production layer of the giant power plants and data centers. ARTA follows a semi-decentralized economic model by operating through partial system view in the edge-layer negotiations and considers system dynamics and uncertainties in the agents decisions.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

A generic holonic control architecture for heterogeneous multi-scale and multi-objective smart microgrids

Designing the control infrastructure of future “smart” power grids is a challenging task. Future grids will integrate a wide variety of heterogeneous producers and consumers that are unpredictable and operate at various scales. Information and Communication Technology (ICT) solutions will have to control these in order to attain global objectives at the macrolevel, while also considering private interests at the microlevel. This article proposes a generic holonic architecture to help the development of ICT control systems that meet these requirements. We show how this architecture can integrate heterogeneous control designs, including state-of-the-art smart grid solutions. To illustrate the applicability and utility of this generic architecture, we exemplify its use via a concrete proof-of-concept implementation for a holonic controller, which integrates two types of control solutions and manages a multiscale, multiobjective grid simulator in several scenarios. We believe that the proposed contribution is essential for helping to understand, to reason about, and to develop the “smart” side of future power grids