Energy storage systems and their integration in the Iberian electricity wholesale market

Abstract

Este Trabajo de Fin de Máster se enfoca en evaluar la rentabilidad e impacto de los sistemas de almacenamiento de energía en el mercado mayorista de la electricidad de la península Ibérica, impulsado por la creciente adopción de generación renovable y el paquete "Fit for 55" de la Unión Europea para un futuro sostenible y sin emisiones. Los objetivos principales son evaluar la rentabilidad de diversas tecnologías de almacenamiento, predecir la evolución de los precios en el mercado diario con una mayor penetración del almacenamiento de energía y analizar el impacto en el hueco térmico y el perfil de precios de la electricidad. El estudio presenta los sistemas de almacenamiento de energía y su situación global, explorando el contexto del mercado energético, con un enfoque en el PNIEC español, el "Fit for 55" europeo y los mecanismos de acoplamiento de mercados. Se destaca la importancia de la eficiencia energética y la descarbonización, abordando desafíos relacionados con energías renovables y la reducción de CO2, y resaltando el papel de los sistemas de almacenamiento en el equilibrio de la red y la integración de fuentes renovables. El estudio desarrolla un modelo de predicción para pronosticar la evolución de los precios en el mercado a plazo con mayor almacenamiento de energía. Además, implementa un modelo de optimización para evaluar la rentabilidad de diferentes tecnologías mediante el arbitraje de precios. La sección de resultados y observaciones presenta un análisis económico detallado de sistemas de almacenamiento basados en baterías y bombeo hidráulico puro, incluyendo análisis de sensibilidad. También examina el impacto de combinaciones de sistemas de almacenamiento en el sistema, optimizando la eficiencia del mercado diario. En conclusión, esta Tesis de Máster ofrece información valiosa sobre el potencial de tecnologías de almacenamiento en el mercado eléctrico de la península ibérica. Con una comprensión completa de su rentabilidad e impacto en los precios de la electricidad y el hueco térmico, es fundamental para responsables políticos, inversionistas y partes interesadas en lograr un futuro energético sostenible y con cero emisiones.

This Master Thesis project focuses on assessing the profitability and impact of energy storage systems (ESS) in the Iberian day-ahead electricity market. With the increasing adoption of renewable generation systems and the EU's "Fit for 55" package, the need for a sustainable, zero-emission future becomes critical. The main objectives are to evaluate the profitability of different ESS technologies, predict day-ahead market price evolution with rising energy storage penetration, and analyze the impact of ESS on the thermal gap and electricity price profile. The study commences by introducing energy storage systems and their current global status. The energy market context is explored, with a focus on initiatives like the Spanish INECP, the European "FIT for 55," and market coupling mechanisms. The significance of energy efficiency and decarbonization in achieving a sustainable future is emphasized, addressing challenges related to renewable energy integration and CO2 reduction, while highlighting ESS's role in grid balancing and integrating renewables. To achieve these goals, the study develops a prediction model to forecast day-ahead market price evolution as energy storage penetration increases. Additionally, an optimization model is implemented to evaluate the profitability of various ESS technologies through price arbitrage activities.

The results and observations section provides an in-depth economic analysis of BESS and PHS, including sensitivity analyses. The study also examines the impact of different ESS combinations on the system, optimizing day-ahead market efficiency. In conclusion, this Master Thesis offers valuable insights into the potential of energy storage technologies in the Iberian electricity market. By comprehensively understanding the profitability and impact of various ESS technologies on electricity prices and the thermal gap, this research is vital for policymakers, investors, and stakeholders in achieving a decarbonized and sustainable energy future.