Impact of cross-border electricity trading on regional market participants

doctoral thesis

• Title (croatian): Utjecaj prekograničnog trgovanja električnom energijom na sudionike regionalnog tržišta
• Author: Ivan Andročec
• Mentor: Slavko Krajcar (mentor)
• Mentor: Ivar Wangensteen (komentor); strani drzavljanin: Nije dostupno
• Committee member: Davor Škrlec (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Marko Delimar (član povjerenstva)
• Committee member: Matislav Majstrović (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Electrical Engineering and Computing; (Department of Energy and Power Systems); Zagreb
• Defense date and country: 2012-10-15, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Electrical Engineering
• Universal decimal classification (UDC): 621.3 - Electrical engineering

Abstract

Research and development of broader picture of impact technical and economical elements in cross-border electricity trade and trading mechanisms (congestion, transit) which influence on competitivity and planning of different market participants (generators/traders, transmission system operators, suppliers/buyers). It is shown that market coupling of areas in regional market can make positive and negative impacts on participants behaviour. It is modelling and analyzing imaginary market through different programs like MATLAB, EMCAS, MASI with presumption that we have four connected areas in market and common power exchange. Coordinated regional congestion and ITC mechanisms can bring increased competition, interconnection usage and decrease of market participants risks. Efficient cross-border electricity trade increase regional market integration. For more benefits from electricity trade we need more investments. It is shown that sometimes for that we do not have clear market signals. Interactions between decentralised decisions of participants and mechanisms have different costs and benefits for participants. Scientific research contribution is in next: * methodology of market coupling/splitting for eficient electricity trading, * algorithm for optimization of benefits/costs from electricity transit in inter area trading * choice of additional criteria for optimal power system expansion and * methodology of risk calculation for few trading areas.

Abstract (croatian)

Disertacija je rezultat istraživanja utjecaja tržišnih mehanizama na prekogranično trgovanje. Pod tržišnim mehanizmima smatraju se mehanizmi upravljanja zagušenjima u prijenosnoj mreži, tranziti kroz pojedina područja, investicije u proizvodne i prijenosne elektroenergetske objekte te upravljanje rizicima u trgovanju električnom energijom. Rješenja u europskom tržištu električnom energijom konvergiraju prema spajanju područja tržišnim mehanizmima prvo kroz pojedine regije a kasnije kroz spajanje regija u jedinstveno europsko tržište. Iako je situacija poboljšana u odnosu na početak liberalizacije tržišta i dalje postoje razne nepravilnosti na tržištu koje se mogu riješiti učinkovitijim mehanizmima. Ovaj rad istražuje mogućnosti učinkovitijih mehanizama prekograničnog trgovanja kroz poboljšane modele i kriterije te kroz primjere na jednostavnijim simulacijama pokazuje koristi i troškove za dionike regionalnog tržišta (proizvođače, opskrbljivače, operatore sustava) te bolje sagledava utjecaje fizičkih i komercijalnih tokova, međusobne interakcije tržišnih mehanizama te raspodijelu rizika i uvjete investiranja. Implementacijom ovih rješenja može se uspostaviti učinkovitije regionalno tržište sa utjecajima na svakog dionika kroz kriterij društvene koristi. Prikazuje se metodologija podjele tržišta radi učinkovitijeg trgovanja bazirana na kombinaciji izračuna cijena po čvorima te izračuna cijena po područjima ovisno o mjestu zagušenja u prijenosnoj mreži te razlici cijena između pojedinih čvorišta. Podjednake cijene u više čvorišta čini jednu zonu (fleksibilna područja ponude) – tako formirane zone su dalje podloga za postupak podjele tržišta. Razrađeni su primjeri u programskim paketima Matpower u Matlabu, EMCAS, te MaSi na primjeru jedanaest čvorišta odnosno početne četiri zone koje se ovisno o prilikama u elektroenergetskom sustavu pretvara u tri do šest zona. U postojeću formulu za kompenzaciju od tranzita između operatora sustava dodaju se procijenjene koristi od tranzita a ne samo troškovi čime se postiže bolje optimiranje. Primjeri su prikazani na modelu četiri zone u Matpoweru/Matlabu. Izbor dodatnih kriterija za izgradnju elektroenergetskog sustava kombinira više izabaranih poticajnih mehanizama kao što su troškovi i sati zagušenja, maksimiziranje društvenog blagostanja, poboljšana sigurnost opskrbe, investicijski signal te utjecaj kratkoročnih i dugoročnih signala. Metodologija izračuna rizika za više zona trgovanja uključuje uporabu financijskih prijenosnih prava kao težinski udio prosječnih cijena između nekoliko područja. Prikazane metode čine integraciju tržišta u Europi učinkovitijom te daje bolje signale tržišnim sudionicima u pojedinoj regiji. Uvodno se ističe uloga i važnost integracije tržišta električnom energijom u Europi te korištenja mehanizama prekograničnog trgovanja u regionalnim tržištima. Prikazano je trenutno stanje, problemi i trendovi u rješavanju pojedinih aspekata integracije tržišta a vezano uz teme koji se obrađuju detaljnije kroz druga poglavlja. Europsko rješenje za integraciju tržišta konvergira prema jednom mogućem rješenju sa pozitivnim i negativnim utjecajima na prekogranično trgovanje i tržišne sudionike. Osim korištenja dostupne literature i pozadine kako je došlo do teme doktorskog rada prikazana je i metodologija istraživanja korištena u radu te popis radova koji su rezultat istraživanja poslijediplomskog doktorskog studija. Zatim je prikazana metodologija podjele/spajanja tržišta za učinkovitije trgovanje električnom energijom u regionalnom tržištu. Uz matematički prikaz računanja na temelju čvorišnih cijena te područnih cijena daje se pregled njihove primjene u Europi i Americi te komentiraju razlike između ova dva pristupa. Cijene se izračunavaju temeljem principa društvenog blagostanja odnosno minimalnih socio-ekonomskih troškova zagušenja. Razmatraju se principi izračuna prekograničnog kapaciteta te se prednost daje metodi baziranoj na fizičkom toku. Prikazani su primjeri bazirani na četiri međusobna područja sa jedanaest čvorišta koja sačinjavaju regionalno tržište a korišteni su programski paketi Matpower u Matlabu za analizu AC fizičkih tokova, u EMCAS-u se koristi strateško ponašanje tržišnih sudionika te DC fizički tokovi kao i u MaSi-ju. Predložena je primjena učinkovitije metodologije podjele tržišta u smislu da se prvo izračunaju cijene po čvorištima, a zatim se područja se definiraju temeljem zagušenja bez gledanja granica i jednakosti cijena po čvorištima (ako su cijene približne više čvorišta čini jedno područje). Različiti načini podjele mreže na područja vode do različitih tržišnih rezultata i utjecaja na tržišne sudionike što se prikazuje kroz primjere koristi i troškova za proizvođače, opskrbljivače i operatore sustava. Za regionalno tržište se pokazuje da se u tom slučaju tržišni rezultat najviše približava korištenju najjeftinijih proizvodnih kapaciteta čime se maksimizira društveno blagostanje. U pojedinim primjerima manja i dobro definirana područja su neophodna za osiguranje ekonomski učinkovite i sigurne operative te davanja korektnih tržišnih signala. U slijedećem poglavlju se definira algoritam za optimizaciju koristi i troškova od tranzita električne energije u prekograničnom trgovanju ovisno o uvjetima u regionalnom tržištu. Prvo se definiraju neželjeni tokovi i kružni tokovi u svezu s najavljenim i nenajavljenim tranzitom. Zatim se sagledavaju moguće metode za kompenzaciju između operatora sustava zbog tranzita te se međusobno uspoređuju i analiziraju. Predložena metodologija uključuje procijenjene koristi od tranzita u postojeću formulu za kompenzaciju između operatora sustava. Na primjerima u Matpoweru/Matlabu s četiri područja i jedanaest čvorišta se pokazuje u kojim slučajevima je potrebno uključiti koristi od tranzita kada se računa kompenzacija (povećani troškovi zagušenja, pojedine elektrane van pogona, mrežarina). Poteškoća je točna kalkulacija koristi od tranzita, ali bi se barem očite koristi trebale uključiti u izračun. Nastavno se razmataraju mogući dodatni kriteriji za izgradnju elektroenergetskog sustava – prvenstveno se to odnosi na projekte izgradnje prijenosnih vodova između područja te projekte izgradnje elektrana. Mogući kriteriji su vezani uz maksimizaciju društvenog blagostanja, troškove i sate zagušenja između područja (ponudbenih zona), investicijski kriterij, sigurnost opskrbe, a promatraju se kratkoročni i dugoročni signali koji bi se onda mogli iskoristiti preko odgovarajućih financijskih mehanizama. Nijedan kriterij sam za sebe nije dovoljan nego je potrebno koristiti kombinaciju navedenih, moguće i kroz indeks prekogranične trgovine. Razmatra se između reguliranih i privatnih investicija te su prikazani pozitivni primjeri izgradnje pojedinih prekograničnih vodova. Uglavnom se razmatraju koristi i troškovi za pojedine tržišne sudionike te se promatra mogućnost smanjenja rizika izgradnje elektroenergetskih objekata. Na kraju se razmatra metodologija izračuna rizika za trgovanje električnom energijom između nekoliko područja. Predlaže se uporaba financijskih prijenosnih prava kao težinski udio razlika prosječnih cijena promatranih područja bez striktnog definiranja pravca preko kojih prijenosnih vodova se transakcija odvija. Druga mogućnost je uporaba financijskih derivata kao što je Ugovor o razlikama koji se organizira preko treće strane za tržišne sudionike na sličan način kao kod financijskog prijenosnog prava. Dan je pregled mogućih rješenja upravljanja rizicima u trgovanju između više područja te koje je moguće europsko rješenje uz prikaz jednostavnijih primjera na koji način se ti mehanizmi upotrebljavaju. Izravni znanstveni doprinosi doktorske disertacije su sljedeći: * razvijena je učinkovitija metoda prema kojoj se postojeći model podjele odnosno spajanja tržišta dorađuje na način podjele na više manjih fleksibilnijih područja sa zasebnim cijenama temeljenim na zagušenjima u mreži gdje se stvarno događaju te čvorišnim cijenama; * unaprijeđeno je računanje kompenzacije između operatora sustava zbog tranzita u postojeću formulu dodavši element procijenjene koristi od tranzita prvenstveno kroz povezivanje s mehanizmom upravljanja zagušenjima; * definirani su dodatni kriteriji za izgradnju elektroenergetskog sustava koji najbolji učinak postižu njihovim kombiniranjem a posebno uzevši u obzir društveno blagostanje i socio-ekonomske troškove zagušenja; * unaprijeđeno je upravljanje rizicima za trgovanje električnom energijom kroz više područja upotrebljavajući financijska projenosna prava kao težinski udio razlika prosječnih cijena promatranih područja.

• Keywords: cross-border; electricity; trading; congestion; transit; participant; incentive; risk; model; optimization
• Keywords (croatian): prekogranično trgovanje; električna energija; zagušenje; tranzit; sudionici; poticaj; rizik; model; optimizacija
• Language: english
• URN:NBN: urn:nbn:hr:168:282738
• Study programme: Title: Doctoral study programme "Electrical Engineering and Computing"; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: doktor/doktorica znanosti, po-dručje tehničkih znanosti (doktor/doktorica znanosti, po-dručje tehničkih znanosti)
• Catalog URL: http://lib.fer.hr/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=40263
• Type of resource: Text
• Extent: 432 str ; 30 cm
• File origin: Born digital
• Access conditions: Closed access
• Created on: 2019-07-22 10:19:08