A Bilevel Collaborative Planning Framework for Hydrogen Infrastructure Expansion in Offshore and Seaport Energy Systems

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Methodological contribution: bilevel optimization with continuous reformulation for hydrogen infrastructure planning.

🏢実務担当者:Useful for energy project developers and port operators in designing collaborative investment strategies.

🏛政策担当者:Provides insights for regulatory frameworks that facilitate coordinated hydrogen infrastructure expansion.

協調計画は、ステークホルダー間の利害対立を管理し、協調的な意思決定を可能にし、効率的な資源配分を確保するために不可欠である。水素技術の拡大による脱炭素化の追求において、洋上風力発電と洋上で生産されたグリーン水素の取引は、洋上風力発電所（OWF）の所有者と港湾配電ネットワーク（PDN）の事業者の間に潜在的な対立を生み出す。なぜなら、彼らはエネルギー配分、インフラ投資、市場の優先順位において競合する利害に直面するからである。提案された協調計画プロセスでは、リーダーとして行動するOWF所有者が、収益性を確保し資源利用を最大化するために、水素技術の最適な規模と導入を決定する。一方、フォロワーとしての民間港湾所有者は、水素技術を導入して水素需要を満たし、運用効率を最適化し、炭素排出量を削減することに焦点を当てる。OWF所有者が港湾により多くの電力と水素を販売して利益を最大化しようとする一方で、港湾所有者は系統の安定性を確保しつつOWFからの購入を減らして運用コストを最小化しようとするため、対立が生じる。フォロワーとリーダーの間のStackelbergゲームを定式化するために、二段階協調計画モデルが導入される。Karush-Kuhn-Tucker（KKT）条件を用いて、二段階問題をその単一段階相当問題に変換する。下位レベルの二値投資決定は、KKT最適性条件に違反することにより単一段階の定式化を妨げる。これに対処するため、下位レベル問題の連続的再定式化が開発され、KKT条件への適合が確保される。提案モデルは3つのケーススタディを通じて検証され、ステークホルダーの目的のバランス調整、システム協調の改善、長期的な持続可能性目標の支援における有効性が実証される。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Collaborative planning is essential for managing conflict of interests between stakeholders, enabling coordinated decision-making, and ensuring efficient resource allocation. In the pursuit of decarbonization through hydrogen technology expansion, offshore wind power and offshore-produced green hydrogen trades create potential conflicts between offshore wind farm (OWF) owners and seaport power distribution network (PDN) operators, as they face competing interests in energy distribution, infrastructure investments, and market priorities. In the proposed collaborative planning process, the OWF owner, acting as the leader, determines the optimal sizing and deployment of hydrogen technologies to ensure profitability and maximize resource utilization. Meanwhile, the private seaport owner, as the follower, focuses on meeting hydrogen demand by deploying hydrogen technologies, optimizing operational efficiency, and reducing carbon emissions. A conflict arises as the OWF owner seeks to maximize profit by selling more power and hydrogen to the seaport, while the seaport owner aims to minimize operational costs by purchasing less from the OWF while ensuring grid stability. A bilevel collaborative planning model is introduced to formulate the Stackelberg game between the follower and the leader. Karush-Kuhn-Tucker (KKT) conditions are employed to convert the bilevel problem into its single-level counterpart. The binary investment decisions at the lower-level obstruct single-level formulation by violating KKT optimality conditions. To address this, a continuous reformulation of the lower-level problem is developed, ensuring compliance with KKT conditions. The proposed model is validated through three case studies, demonstrating its effectiveness in balancing stakeholder objectives, improving system collaboration, and supporting long-term sustainability goals.

• semanticscholar https://hdl.handle.net/10818/69253first seen 2026-05-15 20:01:01 · last seen 2026-08-11 05:03:05