Cross border balancing energy exchange : analysis of a market design based on optimization

Abstract

La integración de los mercados de servicios de balance ha sido identificada como uno de los elementos clave para la creación de un verdadero Mercado Interior de la Energía, lo que a su vez es imprescindible para alcanzar los objetivos de la Unión Europea en política energética: seguridad de suministro, sostenibilidad y competitividad. No es tarea fácil, puesto que, cuanto más cerca del tiempo real en la operación de sistemas eléctricos, más diferencias existen en los enfoques y criterios utilizados en los mecanismos de mercado existentes. Tomando como base el modelo que a este respecto han desarrollado ACER, en su Framework Guidelines on Electricity Balancing, y ENTSO-E, en el correspondiente Network Code en curso, es decir, un modelo TSO-TSO con orden de mérito común, el propósito de este trabajo es: diseñar un mercado regional para el intercambio de energía de balance basado en técnicas de optimización para la asignación de ofertas; implementar el diseño en una plataforma que permita hacer simulaciones; y analizar su comportamiento con respecto a la capacidad de intercambio disponible en las interconexiones y a la forma en que se comparten los recursos de balance. La definición de un producto de balance estandarizado, de la función objetivo y restricciones del problema de optimización, de la metodología empleada para la formación de precios y liquidación, y la unión de este mercado regional con los correspondientes mercados nacionales, son las piezas angulares del diseño. Un mecanismo regional que refleje los costes reales incurridos en la adquisición de energía de balance, que proporcione incentivos a los agentes para mantener sus programas, que se centre en servicios de balance y deje al margen transacciones comerciales, y en el que los intercambios sigan las señales económicas, junto con una sólida formulación matemática, son los principios que subyacen en todo el modelo. Diversas simulaciones ponen de manifiesto la importancia de las interconexiones para una integración real de mercados y la necesidad de eliminar barreras a la circulación de energía; así como la conveniencia de implementar un orden de mérito común, mediante el que se compartan todos los recursos disponibles en la región, para obtener resultados eficientes.

The integration of balancing markets has been identified as a key process to achieve a true Internal Energy Market, which in turn is essential to attain the European Union energy policy objectives: security of supply, sustainability and competitiveness. It is not easy indeed, since, the closer to real time in electric systems operation, the more differences there are in the approaches and criteria used in the existing market-based mechanisms. On the grounds of the target model that ACER, in its Framework Guidelines on Electricity Balancing, and ENTSO-E, in its corresponding ongoing Network Code, have developed on the matter, i.e. a TSO-TSO model with a common merit order list, the goal of this work is: to design a regional market for balancing energy procurement based on optimization techniques for its clearing; to implement the design on a platform to run simulations; and to analyze its performance with respect to the available transmission capacity in the interconnections and the bidding rule. The standardization of the balancing product, the definition of the optimization problem objective function and constraints, the pricing methodology and settlement rules, and the link and impact of this regional market on the national ones, are the design key elements. A regional mechanism that reflects the real costs of the purchased balancing energy and means an incentive to the market players to be balanced, focused on balancing services while putting aside commercial transactions, and in which exchanges follow the economic signals, along with a sound mathematical formulation, are the underlying principles all over the model. Several simulations reveal the importance of the interconnections in this market integration process and the necessity to remove barriers preventing energy to freely flow; as well as the advisability of adopting of a common merit order list, sharing all the available balancing resources in the region, to get efficient results.