Joustotuotteet monenkeskisillä sähkömarkkinoilla

Power grids, electrical systems and liberalized zonal electricity markets are in due for major recasting as the ongoing energy transition impacts the electricity sector profoundly.This will mean new kinds of market behavior in liberalized and regulated electricity markets and increased challenges for TSOs to maintain power balance at system-level. Also, inadequacies in network capacity and flexible asset availability impact at local level. Congestions, voltage deviations and grid outages impact both TSOs and DSOs locally and the mitigation of these situations requires new types of multilateral coordination. In addition to more transmission and distribution grid capacity, future electrical systems need resilient flexible resources and intelligent control mechanisms. This thesis examines market-based control by using flexibility products. The envisioned flexibility products are expected to be implementable in the Baltic Sea area electricity markets during the regulatory period of Finnish electricity network companies beginning in 2024. Thesis includes a literature review and a qualitative empirical research consisting of industry consultation. First, the literature study examines existing products traded on future European electricity markets and other mechanisms that control networks and network connected assets. Secondly, it examines emerging flexibility products that can provide local flexibility services which the existing product structure is not covering. Industry consultation includes Finnish expert views regarding different aspects of flexibility needs,flexibility markets and opinions on the emerging flexibility products. Interviewees found the concepts of flexibility markets and products new and complex. Most of the interviewees had not experienced serious technical flexibility issues at local level in Finnish electrical networks but agreed that local flexibility challenges would be a reality in Finland within next five years. Majority of interviewees saw new enabling technologies and market-based trading of local flexibility worth considering. They had different local needs for flexibility products, if trading could be done cost-efficiently and market design would be supportive for both flexibility buyers and sellers. Outage management and voltage support with flexibility were identified as the most urgent local needs and congestion management was seen less important. According to the findings, numerous although contradictory flexibility product alternatives can solve different flexibility needs. It was concluded that market design should go forward with the development of three options: locational intraday products, locational balancing products and competitive bilateral flexibility contracts. The results show, that these recommended products are modifications of existing products. All three preferred options should be enabled due to different reasons and these options are not mutually exclusive. The compatibility of flexibility products with existing products and operational processes must be ensured, especially considering reconciliation of flexibility markets and a reactive balancing model of TSOs. Development of flexibility products should start immediately with incremental experimentation with cooperation of all network users and operators.Meneillään oleva energiamurros aiheuttaa merkittäviä muutoksia sähköverkkoihin ja-markkinoihin. Tämä johtaa uudenlaiseen käyttäytymiseen vapautetuilla ja säännellyillä sähkömarkkinoilla sekä kantaverkkoyhtiöiden lisääntyviin haasteisiin ylläpitää järjestelmätason tehotasapainoa. Myös alueelliset haasteet lisääntyvät riittämättömän verkkokapasiteetin tai joustavien resurssien puuttuessa. Paikalliset ylikuormitukset, jännite- ja loistehopoikkeamat sekä käyttökatkot voivat vaikuttaa useisiin siirto- ja jakeluverkkoyhtiöihin, jolloin ratkaisut vaativat monenkeskistä koordinointia. Tulevaisuuden sähköjärjestelmät vaativat lisää siirto- ja jakeluverkkokapasiteettia, joustavia resursseja ja älykkäitä ohjausmekanismeja. Tässä diplomityössä tutkitaan markkinaehtoisiin joustotuotteisiin perustuvia ohjausmekanismeja. Suunniteltujen joustotuotteiden on tarkoitus olla käytettävissä 2024 alkavalla suomalaisten sähköverkkoyhtiöiden sääntelykaudella Itämeren alueen sähkömarkkinoilla. Tämä diplomityö sisältää kirjallisuuskatsauksen ja empiirisen tutkimuksen, joka koostuu sähköalan asiantuntijoiden laadullisesta konsultaatiosta. Työssä tarkastellaan nykyisten sähkömarkkinoiden tuotteita, joilla verkkoja ja verkkoon kytkettyjä resursseja hallitaan. Lisäksi työ tutkii kehittyviä joustotuotteita, jotka voivat tarjota paikallisia joustopalveluita, joita nykyiset tuotteet eivät kata. Konsultaatio sisällyttää alan näkemyksiä jouston tarpeista, joustomarkkinoista ja kehittyvistä joustotuotteista tutkimukseen. Haastateltavat kokivat joustomarkkinoiden ja -tuotteiden käsitteet uusiksi ja monimutkaisiksi. Suurin osa haastatelluista ei ollut todennut suomalaisissa sähköverkoissa alueellisesti vakavia haasteita, mutta arvioivat paikallisten joustavuushaasteiden yleistyvän seuraavan viiden vuoden aikana. Merkittävä osa asiantuntijoista arvioi uudet teknologiaratkaisut ja markkinalähtöisen joustokaupankäynnin harkinnan arvoiseksi, mikäli kaupankäynti on kustannustehokasta ja kannattavaa sekä joustavuuden ostajille että myyjille. Keskeyttämätön sähkönsyöttö ja loistehon hallinta tunnistettiin kiireellisiksi paikallisiksi tarpeiksi ja siirtojenhallintaa pidettiin vähemmän kiireellisenä tarpeena. Työn mukaan lukuisat ja keskenään ristiriitaiset joustotuotevaihtoehdot voivat ratkaista erilaisia joustotarpeita. Ensisijaisesti tulisi keskittyä kolmen kategorian tuotteiden kehittämiseen: sijainnilliset päivänsisäisen markkinan tuotteet, sijainnilliset säätösähkömarkkinan tuotteet ja kilpailutetut kahdenväliset joustosopimukset. Tuloksista voidaan nähdä, että kaikki kolme vaihtoehtoa ovat olemassa olevien tuotteiden muunnoksia. Tuotteet ovat otettavissa käyttöön eri syistä, ja vaihtoehdot eivät ole toisiaan poissulkevia. Joustotuotteiden yhteensopivuus olemassa olevien tuotteiden ja toimintaprosessien kanssa on taattava, erityisesti yhteensovittaminen kantaverkkojen reaktiivisen säätötavan kanssa on varmistettava. Joustomarkkinoiden jatkokehittäminen tulisi aloittaa välittämättömästi kokeiluilla ja verkonhaltijoiden ja -käyttäjien yhteistyöllä