지역:에너지 슬롯 게임링 문제 클래스:LP
SWM(Stadtwerke München)은 독일 최대의 지방 자치 전력 공급업체 중 하나이며, 2019년 연간 전력 수익은 28억 유로(37TWh에 해당)에 달합니다.1. 비교하자면, 독일에서 매년 생산되는 총 순 전력은 약 600TWh입니다.2.
SWM은 자체 재생 가능 발전기(지열, 수력, 육상 및 해상 풍력 발전소, 태양광, 바이오가스)에 중점을 두고 있으며 이를 독일과 기타 유럽 국가(벨기에, 크로아티아, 핀란드, 프랑스, 노르웨이, 폴란드, 스웨덴)에서 운영하고 있습니다. 재생 가능 에너지는 그리드에 연결된 총 3,000개 이상의 개별 발전기에 기여합니다.
재생 에너지에 대한 대규모 투자로 인해 SWM은 유럽 에너지 가격의 장기적인 발전과 그에 따른 자산 경제에 큰 관심을 갖고 있습니다.
결과적으로 SWM은 전력 가격, 탄소 및 재생 에너지 가치에 초점을 맞춘 유럽 에너지 시장을 위한 GAMS의 기본 슬롯 게임을 개발하고 구현했습니다. 슬롯 게임은 모든 기존 발전기와 슬롯 게임에 의해 구축된 모든 발전기를 고려하여 주어진 모든 시점에서 전력 수요를 충족하는 가장 효과적인 방법을 계산합니다.
기본 슬롯 게임에 의해 제공된 장기 가격은 발전기(태양광, 육상 풍력, 해상 풍력, 가스 연소 CHP 발전소 및 지열 부문)의 모든 투자 결정에 사용됩니다. 또한 장기적인 가격은 손상 및 최종적으로 기업 계획의 기초가 됩니다.
SWM은 몇 년 동안 2부분으로 구성된 GAMS 기본 슬롯 게임을 운영해 왔습니다.
슬롯 게임의 첫 번째 부분(투자하다part)는 2050년까지 유럽의 일반적인 전기 환경이 어떻게 보일지 계산하는 것을 목표로 합니다. 0이 아닌 행렬 요소 7천만 개.
슬롯 게임 입력은 시트당 최대 60.000개의 데이터가 포함된 52개의 Excel 파일입니다. 예:
주요 출력은 다음과 같습니다.
다음의 출력 사용투자연간 데이터가 포함된 슬롯 게임, 두 번째 부분(파견슬롯 게임)은 다양한 가정에 대해 20~30개의 병렬 작업에서 실행될 수 있습니다. 한 작업은 시간 단위로 1년에 해당합니다. SWM은 내부 하드웨어(192개 코어, 1.5TB RAM)에서 이 슬롯 게임을 실행해 왔습니다.
최근 EU 내 법적 틀이 변경됨에 따라 재생에너지에 대한 보장가격이 폐지되었으며 이제 재생에너지는 다른 형태의 에너지와 동일한 시장 변동 및 위험의 기초가 됩니다. 이러한 변화는 해결해야 할 시나리오에 몇 가지 자유도를 추가하고 "가스 가격이 갑자기 떨어지면 재생 에너지의 가치는 어떻게 되나요?"와 같은 질문에 대한 답을 제공합니다. 필요합니다. 다양한 연료 가격 외에도 국가 및 유럽의 탈탄소화 목표에 따른 몇 가지 법적 규제 및 과제를 고려해야 합니다.
결과적인 시장 가격은 특정 발생 확률에 따른 예측이 아니라 다양한 가정에 따른 시나리오 기반이라는 사실 때문에 전제가 변경될 경우 가격에 대한 영향력이 무엇인지 파악하려면 많은 시나리오를 계산해야 합니다.
완전한 시뮬레이션 실행은 연간 약 200회 수행되어야 하며 각 실행의 결과는 24시간 이내에 제공되어야 하므로 이 시간 동안 컴퓨팅 성능 수요가 매우 높아집니다. 피크 기간 사이에는 수요가 낮습니다. 실제로 이는 필요한 컴퓨팅 용량이 더 이상 사내 하드웨어로는 경제적으로 충족될 수 없으며 클라우드 컴퓨팅을 사용하는 솔루션이 가장 적합한 것으로 나타났음을 의미합니다.
클라우드 솔루션을 개발하는 동안 해결해야 했던 기술적 과제는 다음과 같습니다.
투자 슬롯 게임은 메모리 제한이 있으며 한 시나리오에 약 700GB RAM이 필요합니다. 분할 및 병렬화 가능성 없이 한 번의 폐쇄 실행으로 해결해야 합니다. 코어 2개면 충분합니다.
슬롯 게임의 디스패치 부분을 실행하려면 20-30개의 독립적인 GAMS 작업자를 자동으로 조정하고 이들에게 입력 데이터를 제공하고 실행이 완료된 후 각 작업자의 결과를 수집해야 합니다. 여기서는 1년이 1회 실행이고 연도가 서로 독립적으로 계산될 수 있으므로 GAMS 워커를 병렬로 실행할 수 있습니다. 파견 슬롯 게임의 각 작업자에는 약 30GB RAM과 2개의 코어가 필요합니다.
2020년에 SWM은 전략적 클라우드 프로그램을 시작했습니다. 이 프로그램의 한 가지 흐름은 클라우드 기반 하이퍼스케일링에 대한 평가이며 개념 증명을 위해 Amazon Web Services(AWS)가 선택되었습니다. 설계된 솔루션은 다양한 클라우드 서비스와 최첨단 인프라 기술의 조합입니다. GAMS 애플리케이션은 도커 이미지로 제공되며 GAMS 슬롯 게임을 해결하기 위한 워크플로는 서버리스 람다 기능(Python)을 사용하여 조정됩니다.
솔루션의 중심에는 AWS Batch가 있습니다. AWS Batch는 제출된 배치 작업의 리소스 요구 사항에 따라 수백 또는 수천 개의 배치 작업을 실행하고 작업당 필요한 컴퓨팅 리소스를 동적으로 프로비저닝할 수 있습니다. 그 결과 확장 가능하고 유휴 상태에서 호스팅 비용이 전혀 필요하지 않은 간단한 솔루션이 탄생했습니다. 전략적 결정은 다음을 사용하여 모든 클라우드 리소스를 구현하는 것이었습니다.코드로서의 인프라(IaC) – 이 SWM의 경우 오픈 소스 제품 Terraform을 사용하므로 일반적인 소프트웨어 개발 수명 주기(git, 풀 요청 검토, 버전 관리)의 이점을 누릴 수 있습니다.
애플리케이션을 사용하기 위해 사용자는 GAMS 기본 슬롯 게임 및 매개변수 파일을 S3 버킷에 업로드합니다. 그러면 자동으로 단계 함수가 트리거되어 흐름이 시작됩니다. 첫 번째 단계에서는 투자 슬롯 게임이 포함된 AWS Batch 작업을 제출하고, AWS Batch는 필요한 가상 머신을 관리하고 GAMS 애플리케이션으로 도커 이미지를 시작합니다. 첫 번째 계산 후 AWS Batch가 디스패치 슬롯 게임을 자동으로 제출하고 동시에 실행합니다. 디스패치 슬롯 게임에는 더 적은 CPU와 메모리가 필요하므로 AWS Batch는 대부분의 경우 기존 시스템을 사용하여 슬롯 게임을 실행합니다. 필요한 경우 더 많은 계산 인스턴스가 생성됩니다. 마지막으로 모든 작업이 완료되면 리소스가 자동으로 종료됩니다.
현재는 주문형 인스턴스가 사용되고 있으며 이는 이미 기존 솔루션에 비해 막대한 비용 절감 효과를 가져오고 있습니다. 향후 스팟 인스턴스를 사용한 추가 비용 최적화가 계획되어 있습니다. 스팟 인스턴스는 동급의 주문형 인스턴스보다 훨씬 저렴할 수 있지만 지속적으로 실행된다는 보장은 없으므로 조기 종료가 발생할 경우 재시도 메커니즘을 구현해야 합니다.
AWS Batch는 단일 대형 시스템에서 여러 개의 작은 인스턴스를 동적으로 결합하고 가장 적합한 EC2 인스턴스를 GAMS 작업자에게 지능적으로 할당합니다.
슬롯 게임 투자:약 필요합니다. 700GB RAM, 코어 수는 관련이 없음가장 적합한 EC2 인스턴스(768 RAM, 96 코어) < 10 USD/h
디스패치 슬롯 게임:각 작업에는 ca. 30GB RAM, 코어 수는 관련이 없습니다.가장 적합한 EC2 인스턴스(RAM 32개, 코어 8개) < 0,5 USD/h (20년 결과를 RAM 및 비용에 관한 투자 슬롯 게임과 동일한 인스턴스로 곱하면 AWS 배치에서 자동으로 감지됩니다.)
합계:복잡성에 따라 전체 실행당 ~ 50-70 USD. 연간 최대 200회 실행
소프트웨어 라이선스는 연간 정액 요금으로 이 특정 애플리케이션을 무제한으로 실행할 수 있는 GAMS 애플리케이션 라이선스입니다.
SWM은 전력 시장 상황의 변화에 더 잘 대응할 수 있습니다. 이는 특히 EU 그린 딜(EU Green Deal), 탄소세 및 연료 가격 변경으로 인한 유연성에 해당됩니다. 장기 기본 분석은 가격 예측을 제공한다는 의미는 아니지만, 전제 변화가 장기 가격에 미치는 영향을 보여줍니다. 이는 발생할 수 있는 시장 위험을 이해하고 정량화하는 유일한 방법입니다. 입력 측의 모든 변경 사항을 결합하면 계산할 많은 시나리오를 얻을 수 있습니다. 대규모 접근 방식을 사용하면 이제 결과를 하루 안에 확인할 수 있지만, 온프레미스에서 물리적 서버를 사용하면 몇 주가 걸릴 것입니다. 클라우드 기반 솔루션은 시간 절약 외에도 온프레미스 솔루션에 비해 비용을 최대 40% 절감했습니다.
기본 슬롯 게임의 다양한 시나리오를 실행할 수 있는 능력을 통해 얻은 장기 에너지 가격 평가의 향상된 분석 기술은 획득 과정에서 비용을 최소화하고 에너지 시장의 위험을 관리 가능하게 만드는 데 도움이 됩니다.
SWM 정보
슈타트베르케 뮌헨(SWM),뮌헨의 도시 유틸리티 회사는 독일 최대의 에너지 및 인프라 회사 중 하나입니다. SWM은 뮌헨에 에너지(전기, 천연가스, 지역 냉난방), 신선한 식수, 이동성 및 첨단 첨단 통신 서비스를 연중무휴 24시간 공급합니다. 지속 가능성과 기후 보호는 모든 부문에서 기업 정책의 필수적인 초석입니다.
2019년 연례 보고서, 뮌헨 Stadtwerke (https://www.swm.de/dam/doc/english/swm-annual-report.pdf) ↩︎
2019년 모니터링 보고서, Bundesnetzagentur, 독일 에너지 시장 규제 기관(https://www.bundesnetzagentur.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/EN/2019/20191127_Monitoringbericht.html) ↩︎