Optimal Operation and Bidding of Renewable-based VPP under Uncertainty in the Electricity Markets

Abstract

Esta tesis propone un nuevo modelo de operación de VPP, compuesto exclusivamente por RES; incluyendo hidráulica, eólica, solar PV, CSP y biomasa; y/o demandas flexibles. El objetivo principal que se persigue en esta tesis es investigar cómo operar y configurar de manera óptima un RVPP para lograr la máxima rentabilidad en los mercados de energía y ASM. Con este fin, el modelo de optimización del RVPP incorpora características que permiten considerar los distintos aspectos tanto del propio RVPP, como de la red eléctrica a la que está conectado, así como de los mecanismos de mercado que pueden contribuir a que el RVPP sea económicamente eficiente. Dichas características incluyen: (i) los componentes del RVPP, tales como unidades de generación, demandas y unidades de almacenamiento basadas en RES (bombeo hidroeléctrico, CSP); (ii) la red eléctrica, en términos de, por ejemplo, balances de potencia y reservas; (iii) los mercados en los que el RVPP puede participar, tales como los mercados de energía y ASM; y (iv) las incertidumbres que caracterizan varios parámetros del modelo, como las fuentes estocásticas de energía (eólica y solar), los precios de mercado y el perfil de la demanda. Se han identificado distintos modelos de negocio para el RVPP en forma de mercados eléctricos de energía y potencia que pueden resultar adecuados para su participación. Entre todos los esquemas de mercado actualmente implementados en Europa, los más relevantes desde la perspectiva del RVPP son el DAM y el IDM (energía); y el SRM (potencia). Con esto en mente, el operador del RVPP podría seleccionar las funciones objetivo apropiadas dentro del modelo propuesto, de modo que el RVPP pueda seguir el modelo de negocio deseado.

This thesis proposes a novel Virtual Power Plant (VPP) operation model, that is composed, exclusively, of Renewable Energy Sources (RES); including hydro, wind farm, solar Photo-Voltaic (PV), Concentrated Solar Power Plant (CSP) and biomass; and/or Flexible Demands (FDs). The main objective that is pursued in this thesis is to investigate how to optimally operate and configure a Renewable-based Virtual Power Plant (RVPP) for maximum profitability in the energy and Ancillary Service Market (ASM). To this aim, the RVPP optimization model includes features to account for the various characteristics of the RVPP itself, the electrical network to which it is connected, and the market mechanisms that can help the RVPP become economically efficient. Such characteristics include: (i) the RVPP components, such as generating units, demands, and RES-based storage units (pumped hydro, CSP); (ii) the electrical network in terms of, for example, power and reserve balances; (iii) the markets in which the RVPP may participate, such as energy markets and ASM; and (iv) the uncertainties that characterize several parameters of the model, such as stochastic energy sources (wind and solar), market prices, and demand pattern. Different business models for the RVPP have been identified in the form of the electric energy and power markets that can be suitable for its participation. Among all the market schemes currently implemented in Europe, the most relevant from the RVPP perspective are the Day-Ahead Market (DAM) and Intra-Day Market (IDM) (energy); and the Secondary Reserve Market (SRM) (power). With this in mind, the RVPP operator could select the appropriate objective functions within the proposed model presented so that the RVPP can follow the desired business model.