Price-Maker Wind Power Producer Participating in a Joint Day-Ahead and Real-Time Market

The large scale integration of stochastic renewable energy introduces significant challenges for power system operators and disputes the efficiency of the current market design.Recent research embeds the uncertain nature of renewable sources by modelling electricity markets as a two-stage stochastic problem, co-optimizing day-ahead and real-time dispatch. In this framework, we introduce a bilevel model to derive the optimal bid of a strategic wind power producer acting as price-maker both in day-ahead and real-time stages. The proposed model is a Mathematical Program with Equilibrium Constraints (MPEC) that is reformulated as a single-level Mixed-Integer LinearProgram (MILP), which can be readily solved. Our analysis shows that adopting strategic behaviour may improve producer’s expected profit as the share of wind power increases. However,this incentive diminishes in power systems where available flexible capacity is high enough to ensure an efficient market operation

Συμβολή στον σχεδιασμό της μεγάλης διείσδυσης αιολικής ενέργειας στο ελληνικό ηλεκτρικό σύστημα

156 σ.Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η συμβολή στον σχεδιασμό της μεγάλης διείσδυσης αιολικής ενέργειας στο ελληνικό ηλεκτρικό σύστημα. Τα θέματα που μελετώνται και αναλύονται στην παρούσα εργασία, επιλέχθηκαν με το σκεπτικό ότι αποτελούν κρίσιμες παραμέτρους του εθνικού ενεργειακού σχεδιασμού. Η επιτυχής εκπλήρωση του στόχου της αυξημένης συμμετοχής της αιολικής ενέργειας, αλλά και των άλλων μορφών ΑΠΕ, στο ενεργειακό μίγμα της χώρας, προϋποθέτει τον ακριβή καθορισμό των παραμέτρων αυτών. Επομένως, κάθε προσπάθεια προς αυτή την κατεύθυνση συμβάλλει, λιγότερο ή περισσότερο, στην επίλυση των σύνθετων προβλημάτων που τίθενται στην πορεία προς ένα μοντέλο βιώσιμης ανάπτυξης, βασικός πυλώνας του οποίου είναι η αξιόπιστη και αποδοτική ενσωμάτωση των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας στο ηλεκτρικό σύστημα της χώρας. Η εργασία αποτελείται από επτά κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μία περιγραφή των μειονεκτημάτων που παρουσιάζει το σημερινό μοντέλο ενεργειακής παραγωγής, αναλύονται τα πλεονεκτήματα που μπορεί να προσφέρει η συμμετοχή των ΑΠΕ στο ενεργειακό μίγμα και παρουσιάζονται τα βασικότερα βήματα που πρέπει να γίνουν προς αυτή την κατεύθυνση. Το δεύτερο κεφάλαιο αναφέρεται στον ρόλο της αιολικής ενέργειας στην διεθνή ενεργειακή σκηνή, παραθέτοντας ορισμένα στοιχεία για την μέχρι σήμερα πορεία της σε ευρωπαϊκό και διεθνές επίπεδο καθώς και κάποια ενδεικτικά σενάρια της μελλοντικής ανάπτυξης της τεχνολογίας αυτής. Επίσης, στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται και τα βασικά οφέλη που μπορούν να προκύψουν από την χρήση της αιολικής ενέργειας σε τοπικό και σε παγκόσμιο επίπεδο. Το τρίτο κεφάλαιο περιγράφει αναλυτικά την πιθανοθεωρητική μεθοδολογία υπολογισμού του συντελεστή εγγυημένης ισχύος, η οποία χρησιμοποιείται ευρέως στα επόμενα. Tο τέταρτο κεφάλαιο αφορά την μελέτη της βέλτιστης γεωγραφικής διασποράς των αιολικών εγκαταστάσεων, με χρήση της μεθόδου βελτιστοποίησης των εξελικτικών αλγορίθμων. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται μία προσπάθεια εξέτασης των επιπτώσεων που έχει η ένταξη φωτοβολταϊκών σε διάφορους τύπους ηλεκτρικών συστημάτων και προσδιορισμού της βέλτιστης αναλογίας μεταξύ αιολικών και φωτοβολταϊκών εγκαταστάσεων, ώστε να επιτυγχάνεται μέγιστος συντελεστής εγγυημένης ισχύος στο κάθε υπό εξέταση σύστημα. Στο έκτο κεφάλαιο περιγράφεται μια μεθοδολογία μοντελοποίησης του εθνικού διασυνδεδεμένου συστήματος και παρέχονται αποτελέσματα για διάφορες τιμές διείσδυσης της αιολικής ενέργειας. Απώτερος στόχος είναι να διερευνηθεί η συμπεριφορά του ηλεκτρικού συστήματος σε καταστάσεις υψηλής διείσδυσης αιολικής ενέργειας και η πρόταση κατάλληλων μέτρων για την περεταίρω βελτίωση του. Τέλος, στο έβδομο κεφάλαιο γίνεται μία συνολική καταγραφή των συμπερασμάτων που προέκυψαν και προτείνονται θέματα για μελλοντική έρευνα.The main purpose of this diploma thesis is to contribute towards the effort of large scale integration of wind energy into the Greek power supply system. The main subjects examined and analyzed in this study relate to various parameters which are considered vital to the national energy planning process. The successful implementation steps towards an increased wind energy contribution into the energy mix of Greece require the accurate assessment of these parameters. Therefore, any effort aimed at this direction contributes, in one way or another, to the solution of the complex problems, which arise as we proceed to a new model of sustainable development, which will be largely based on the reliable and efficient integration of the Renewable Energy Sources (RES) into the electric system of our country. The content of the study has been divided into seven chapters. The first chapter provides a description of the disadvantages of the current energy model, analyses the benefits which could follow the integration of RES into the energy mix and presents the most important steps towards this target. The second chapter is dedicated to the role of wind energy into the global energy market, mentioning some basic facts about the up to date evolution of this technology in the European and global energy scenes. In addition, this chapter presents several representative scenarios concerning the future development of wind energy and the most important benefits that could result from the usage of this technology, both for the local and global community. The third chapter describes analytically the methodology for the calculation of the capacity credit using probability analysis. The fourth chapter deals with the definition of the optimum solution of wind installed capacity in several candidate macro-sites in the Greek power supply system, using the optimization method of evolutionary algorithms. The fifth chapter presents an analysis of the impacts and consequences which are likely to result from the integration of photovoltaic panels in different electric system types. Furthermore, a study is conducted focusing on the definition of the optimum ratio between photovoltaic and wind energy installations in order to achieve maximum capacity credit for each of the power supply systems under consideration. In the sixth chapter, a methodology about the simulation of the operation of the Greek interconnected power supply system is described and the results of this process, for different levels of wind energy penetration, are presented. Finally, the seventh chapter concludes with an overall synopsis of the results from all the aforementioned topics and provides some recommendations for further research in the field of large scale integration of wind energy.Στέφανος Ν. Δεληκαράογλο