Retail prices design in a context of flexible consumers, impacts on the bulk power system : a spanish case application

Abstract

El diseño de precios y cargos puede impactar signi ficativamente el despacho econ ómico de recursos flexibles distribuidos, así como los costos de operaci ón del sistema el éctrico. El an álisis realizado en esta tesis incluye una serie de casos de estudio en los cuales se modelan distintos diseños de precios y cargos para los tres componentes del precio minorista de electricidad: el precio de la energí a, el costo de las redes de distribuci ón y otros cargos regulados. El sistema el éctrico español se utiliza como caso de referencia, en el que un grupo de consumidores flexibles son localizados en un nodo de baja tensi ón. Estos recursos flexibles son representativos del sistema español. Los consumidores

flexibles pueden disminuir sus facturas el éctricas despachando sus recursos locales distribuidos de acuerdo con las señales econ ómicas que reciben (precios y cargos). La investigaci ón se desarrolla utilizando un modelo de programaci ón diaria y despacho de recursos de generaci ón que permite incluir una representaci on equivalente de la red de distribución. La representaci ón equivalente de la red se encuentra con figurada en nodos distribuidos en distintos niveles de tensi ón. Esta red se construy o con base en informaci ón publicada por el ente regulador de España. Por otro lado, la flexibilidad de los consumidores flexibles es defi nida al proporcionarles mecanismos de respuesta de la demanda, vehí culos el éctricos, generaci ón t érmica local y generaci ón fotovoltaica. Por último, estos recursos flexibles son manejados por un agregador, el cual optimiza su despacho de acuerdo con señaales de precio y cargos. Los resultados muestran que los distintos diseños de precios fi nales puede tener diferentes impactos en el costo total de generaci ón del sistema, tales como en el despacho de los recursos de los consumidores flexibles. Se identifi c o que los esquemas de precios con cargos volum étricos promueven el despacho de generaci ón local m ás costosa, incrementando asimismo el costo total t érmico del sistema. Por otro lado, un esquema con precio jo no incentiva la operaci ón e ciente de los recursos flexibles, tales como la respuesta de la demanda y estrategias de inyecci ón de energí a en la red por parte de veh ículos el éctricos, lo cual encarece el costo total del sistema. Asimismo, se identifi c o que los consumidores flexibles obtienen ahorros en cargos como resultado de modi ficar su perfi l de demanda. Sin embargo, los ahorros en cargos que disfrutan los consumidores flexibles son pagados por los consumidores in flexibles. Por ultimo, el aumento en generaci ón local reduce las p érdidas de red as como los precios de la energ ía, y por lo tanto los pagos del componente de enrg ía que deben realizar los consumidores.

The design of prices and charges may signi cantly impact the dispatch of exible distributed resources and furthermore the operational costs of the bulk-power system. The analysis carried out in this thesis entitle a series of case studies where di erent prices and charges designs are modeled for allocating three cost components of retail prices: energy prices, network charges and other regulated costs (e.g. policy costs). The Spanish system operation is a reference case, where a group of exible customers are assumed to be located at a single node of low voltage networks. The exible resources are representative for the Spanish system for near future. Flexible customers can lower their electricity bills by dispatching their DERs according to the economic signals (prices and charges) that they receive. The research is performed by using a unit commitment and dispatch modeling tool that allows to include an equivalent representation of an actual distribution network. The equivalent network representation is con gured at di erent nodes split in distinct voltage levels. The network is built based on public data published by the Spanish regulator. Flexible demand is grouped in a single node with the exibility given by demand response mechanisms, battery electric vehicles, back-up generation, and photo-voltaic generation. In addition, these exible resources are managed by an aggregator which optimizes their dispatch according to the price signals. Results show that di erent retail prices designs have distinct impacts on system thermal costs and generation dispatch of exible consumers. A scheme with volumetric charges was found to promote the dispatch of expensive local generation that distort the economic dispatch, increasing in turn total generation costs. It was also found that at energy prices do not incentivize the e cient operation of exible resources such as demand response and electric vehicles vehicle-to-grid strategies, increasing total generation costs. In addition, exible consumers were found to obtain savings in charges from modifying their net demand pro le. However, savings in regulated charges of exible customers are in turn paid by in exible ones. Finally, the increase in local generation netting loads reduces network losses and locational marginal prices and, as a consequence, demand market payments.