Bidding strategies for energy storage players in 100% renewable electricity market: A game-theoretical approach

कल्पना कीजिए कि बिजली ग्रिड 'म्यूजिकल चेयर्स' के एक विशाल, उच्च-दांव वाले खेल की तरह है, लेकिन कुर्सियों के बजाय, पुरस्कार इलेक्ट्रॉन हैं। पुराने दिनों में, जब हम बिजली बनाने के लिए कोयला या गैस जलाते थे, तो हम इसे किसी नल को घुमाने की तरह जब चाहें कम या ज्यादा कर सकते थे। लेकिन दुनिया एक ऐसे भविष्य की ओर बढ़ रही है जहाँ हमारी सारी बिजली सूरज और हवा से आएगी। यह ग्रह के लिए एक शानदार विचार है, लेकिन यह एक पेचीदा समस्या पेश करता है: सूरज रात में नहीं चमकता, और हवा हमेशा तब नहीं चलती जब हमें इसकी सबसे अधिक आवश्यकता होती है। बिजली की आपूर्ति मौसम की तरह अनिश्चित हो जाती है, जबकि बिजली की हमारी मांग आश्चर्यजनक रूप से अनुमानित रहती है। इस बेमेल स्थिति को ठीक करने के लिए, हमें "ऊर्जा भंडारण" (energy storage) की आवश्यकता है—मूल रूप से, विशाल बैटरी जो अतिरिक्त शक्ति को पकड़ सकें जब वह स्वतंत्र रूप से बह रही हो और उसे तब के लिए बचा सकें जब वह दुर्लभ हो।

हालाँकि, इसमें एक पेंच है। एक मुक्त बाजार में, इन विशाल बैटरियों के मालिक केवल मददगार पड़ोसी नहीं होते; वे रणनीतिक खिलाड़ी होते हैं जो अधिकतम लाभ कमाने की कोशिश करते हैं। यदि कुछ बड़ी कंपनियाँ अधिकांश बैटरियों पर नियंत्रण रखती हैं, तो वे बिजली को रोककर रखने का निर्णय ले सकती हैं, कीमतों के आसमान छूने का इंतज़ार करने के लिए, बिल्कुल वैसे ही जैसे कोई जमाखोर पानी की कमी होने पर उसे बेचने का इंतज़ार करता है। यह शोध पत्र एक महत्वपूर्ण प्रश्न पूछता है: पूरी तरह से नवीकरणीय ऊर्जा पर चलने वाली दुनिया में, बैटरी मालिकों की संख्या और उनकी बैटरियों का आकार खेल को कैसे बदल देता है? क्या अधिक प्रतिस्पर्धियों का होना बाजार को अधिक निष्पक्ष बनाता है, या क्या बहुत अधिक बैटरियों का होना केवल पैसा बर्बाद करना है? लेखक एक कंप्यूटर मॉडल का उपयोग करके इस भविष्य का अनुकरण करते हैं, जिसमें वे बैटरी मालिकों के साथ गेम थ्योरी (game theory) के एक पहेली की तरह व्यवहार करते हैं ताकि यह देखा जा सके कि उनकी रणनीतियाँ बिजली की कीमत और सभी के कल्याण को कैसे प्रभावित करती हैं।

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द ग्रेट बैटरी गेम: प्रवाह पर किसका नियंत्रण है?

यह शोध पत्र एक दिलचस्प "क्या होगा अगर" वाले परिदृश्य में गहराई से उतरता है: 100% नवीकरणीय ऊर्जा से संचालित भविष्य का बिजली बाजार, जहाँ ग्रिड को संतुलित करने के लिए हमारे पास एकमात्र लचीला उपकरण विशाल ऊर्जा भंडारण प्रणालियों (बैटरियों) का एक बेड़ा है। लेखकों ने, जो डेनमार्क के शोधकर्ताओं की एक टीम है, एक डिजिटल प्लेग्राउंड बनाया है ताकि यह देखा जा सके कि जब ये बैटरी मालिक लाभ कमाने की कोशिश कर रहे होते हैं, तो वे कैसा व्यवहार करते हैं। उन्होंने कौर्नोट प्रतियोगिता (Cournot competition) नामक एक अवधारणा का उपयोग किया, जो एक फैंसी तरीका है यह कहने का: "मैं कितना बिजली बेचूँगा यह इस आधार पर तय करूँगा कि मुझे क्या लगता है कि आप कितना बेचेंगे।"

इसे एक गर्म सड़क पर नींबू पानी के स्टालों के समूह की तरह समझें। यदि केवल एक स्टाल है, तो मालिक जितनी चाहे कीमत वसूल सकता है। यदि दो हैं, तो वे एक-दूसरे से कम कीमत रखने की कोशिश कर सकते हैं। लेकिन यदि आठ हैं, तो कीमत एक उचित स्तर पर गिर जाती है, और हर कोई प्रति कप थोड़ा कम लाभ कमाता है, लेकिन कुल मिलाकर अधिक कप बेचता है। शोधकर्ता यह देखना चाहते थे कि क्या यह तर्क बिजली के लिए भी सही बैठता है, जहाँ "नींबू पानी" पवन और सौर ऊर्जा है, और "स्टॉल" बैटरी ऑपरेटर हैं।

सेटअप: बिना जीवाश्म ईंधन वाला ग्रिड

शोधकर्ताओं ने डेनमार्क के बिजली बाजार, विशेष रूप से DK1 ज़ोन पर आधारित एक सिमुलेशन बनाया, लेकिन इसे वर्ष 2030 के लिए प्रक्षेपित किया। इस भविष्य में, सहारा लेने के लिए कोई कोयला या गैस संयंत्र नहीं हैं। ग्रिड पूरी तरह से पवन और सौर ऊर्जा पर निर्भर है। क्योंकि सूरज और हवा अप्रत्याशित हैं, ग्रिड को एक शॉक एब्जॉर्बर के रूप में काम करने के लिए बैटरियों की आवश्यकता होती है। जब हवा तेज़ चलती है और मांग कम होती है, तो बैटरियाँ चार्ज होती हैं (ताकि हम ऊर्जा बर्बाद न करें)। जब हवा रुक जाती है और लोग काम से घर लौटते हैं, तो बैटरियाँ बिजली बनाए रखने के लिए डिस्चार्ज होती हैं।

शोध पत्र इस खेल के दो मुख्य प्रकार के "खिलाड़ियों" को मॉडल करता है:

1. रणनीतिक खिलाड़ी: ये निजी बैटरी मालिक हैं जो अपने स्वयं के लाभ को अधिकतम करना चाहते हैं। वे कीमतों को बढ़ाने के लिए कुछ बिजली को रोककर रखने का विकल्प चुन सकते हैं।
2. सोशल प्लानर (Social Planner): यह एक "अच्छे व्यक्ति" जैसा रेफरी है जो सभी बैटरियों को एक साथ नियंत्रित करता है। प्लानर को लाभ की परवाह नहीं है; उसे केवल इस बात की परवाह है कि सुनिश्चित किया जाए कि सभी को न्यूनतम लागत पर बिजली मिले। यह यह मापने के लिए एक "आदर्श दुनिया" का बेंचमार्क है कि लालची खिलाड़ियों ने कितनी दक्षता खो दी है।

निष्कर्ष: हमें कितनी बैटरियों की आवश्यकता है?

शोधकर्ताओं ने हजारों सिमुलेशन चलाए, जिसमें बैटरी मालिकों की संख्या (केवल एक एकाधिकार से लेकर आठ प्रतिस्पर्धियों तक) और बैटरी बेड़े के कुल आकार को बदला गया। यहाँ उन्होंने क्या खोजा:

1. एक बॉस बुरा होता है
जब केवल एक बैटरी मालिक होता है (एक एकाधिकार), तो वे एक फिल्म के खलनायक की तरह कार्य करते हैं। वे समझते हैं कि उनका एकमात्र लचीले बिजली स्रोत पर नियंत्रण है, इसलिए वे रणनीतिक रूप से ऊर्जा को रोककर रखते हैं। वे तब चार्ज होते हैं जब बिजली सस्ती होती है लेकिन अत्यधिक उच्च कीमतों तक पहुँचने का इंतज़ार करते हैं तब डिस्चार्ज करते हैं।

• परिणाम: यह कीमतों को ऊँचा रखता है और कुछ लोगों को बिजली से वंचित (अनमेट डिमांड) छोड़ देता है या नवीकरणीय ऊर्जा को बर्बाद (कर्टेलमेंट) करता है क्योंकि एकल मालिक पर्याप्त बिजली जारी नहीं कर रहा होता है। यह एक अकेले वॉटर टावर के मालिक की तरह है जो वाल्व तभी खोलता है जब शहर बेहाल हो।

2. प्रतिस्पर्धा हीरो है
जैसे ही आप अधिक बैटरी मालिक जोड़ते हैं, व्यवहार बदल जाता है। दो या तीन प्रतिस्पर्धियों के साथ, "विलेन" रणनीति टूटने लगती है। प्रत्येक मालिक को एहसास होता है कि यदि वे बहुत अधिक बिजली रोक कर रखते हैं, तो उनका प्रतिद्वंद्वी तुरंत आकर बिजली बेच देगा।

• परिणाम: शोध पत्र ने पाया कि केवल तीन प्रतिस्पर्धी ऑपरेटरों के साथ, बाजार लगभग वैसा ही व्यवहार करता है जैसा कि "आदर्श" सोशल प्लानर करता है। कीमतें गिर जाती हैं, बिजली की कमी (unmet demand) गायब हो जाती है, और सिस्टम कुशल हो जाता है। तीन या चार से अधिक मालिक जोड़ने से सिस्टम में बहुत अधिक सुधार नहीं होता है; यह बस उनके मुनाफे को और भी कम कर देता है।

3. बड़ा होना हमेशा बेहतर नहीं होता
शोधकर्ताओं ने यह भी परीक्षण किया कि यदि हम भारी मात्रा में बैटरी स्टोरेज बनाते हैं तो क्या होता है।

• परिणाम: एक "स्वीट स्पॉट" (सही बिंदु) है। यदि आपके पास बहुत कम स्टोरेज है, तो ग्रिड अस्थिर हो जाएगा। लेकिन यदि आपके पास बहुत अधिक (विशेष रूप से दैनिक ऊर्जा की कमी के लगभग 1.0 से 1.5 गुना) है, तो आप घटते लाभ के बिंदु पर पहुँच जाते हैं। बैटरियाँ इतनी भरी होती हैं कि वे चार्ज करने के लिए पर्याप्त सस्ती बिजली नहीं ढूँढ पातीं, और लाभ का मार्जिन खत्म हो जाता है। वास्तव में, बहुत अधिक स्टोरेज बनाना भविष्य की बैटरियों के लिए बिजनेस केस को नुकसान पहुँचा सकता है क्योंकि "सस्ते" और "महंगे" घंटों के बीच का मूल्य अंतर एकदम सपाट हो जाता है।

4. सर्दी बनाम गर्मी
सिमुलेशन ने दिखाया कि मौसम के आधार पर यह खेल अलग तरह से खेला जाता है।

• सर्दी: ग्रिड अधिक तनाव में होता है। कीमतें अधिक अस्थिर होती हैं, और कीमतों को बहुत अधिक बढ़ने से रोकने के लिए प्रतिस्पर्धा महत्वपूर्ण है।
• गर्मी: सूरज निरंतर शक्ति का प्रवाह प्रदान करता है। बाजार अधिक शांत होता है, और यहाँ तक कि एक अकेला मालिक भी सर्दियों की तुलना में उतना बड़ा संकट पैदा नहीं करता है। हालाँकि, प्रतिस्पर्धा फिर भी चीजों को सुचारू बनाने में मदद करती है।

टेकअवे: डिज़ाइन मायने रखता है

शोध पत्र निष्कर्ष निकालता है कि स्टोरेज एक दोधारी तलवार है। 100% नवीकरणीय ग्रिड के काम करने के लिए यह अनिवार्य रूप से आवश्यक है, जो सिस्टम को जोड़ने वाले गोंद के रूप में कार्य करता है। लेकिन यदि बाजार बहुत केंद्रित (केवल एक या दो कंपनियों द्वारा नियंत्रित) है, तो वे आम लोगों की कीमत पर भारी मुनाफा कमाने के लिए सिस्टम का फायदा उठा सकते हैं।

लेखक सुझाव देते हैं कि नीति निर्माताओं को केवल अधिक बैटरी बनाने पर ध्यान केंद्रित नहीं करना चाहिए; उन्हें इस पर भी ध्यान देना चाहिए कि उनका स्वामित्व किसके पास है। यह सुनिश्चित करना कि पर्याप्त स्वतंत्र प्रतिस्पर्धी (इस विशिष्ट परिदृश्य में लगभग तीन या अधिक) मौजूद हैं, उतना ही महत्वपूर्ण है जितना कि कुल क्षमता। यदि हम स्वामित्व संरचना को सही रखते हैं, तो हम एक स्थिर, सस्ती और हरित ग्रिड का आनंद ले सकते हैं। यदि हम गलत करते हैं, तो हम एक ऐसे सिस्टम के साथ समाप्त हो सकते हैं जो तकनीकी रूप से तो काम करता है लेकिन वित्तीय रूप से पक्षपाती है।

संक्षेप में, यह शोध पत्र एक ऐसे भविष्य का अनुकरण करता है जहाँ सूरज और हवा मुख्य भूमिका निभाते हैं, और यह साबित करता है कि हालांकि बैटरियाँ उस भविष्य को अनलॉक करने की कुंजी हैं, हमें यह सुनिश्चित करने की आवश्यकता है कि कोई भी एकल खिलाड़ी साम्राज्य की चाबियाँ अपने हाथ में न रखे।