Ολοκλήρωση ενεργειακών αγορών

Abstract

This PhD thesis studies the market coupling feasibility of day-ahead European electricity markets. The research effort focuses on the development of four mathematical optimization models, which address the contemporary challenges appearing in the European electricity markets’ integration process, while providing useful guidelines related to the organization of the single pan-European day-ahead electricity market. Specifically, this thesis investigates the market coupling feasibility of day-ahead electricity markets organized and operated under fundamentally different market designs, i.e. organized as power pools or power exchanges, and searches for the appropriate methodology for the calculation of the optimal daily power exchanges between Member States, through the implicit auctioning of the interconnectors’ Physical Transmission Rights. Moreover, the impact of the European transmission network in the convergence of the final Market Clearing Prices is studied through the explicit modeling of both AC and DC interconnecting lines. In addition, methodologies for the efficient handling of Paradoxically Accepted and Rejected Orders appearing in most North-European electricity markets are thoroughly investigated. The simulation results show the market coupling feasibility of electricity markets organized under different market designs, as well as the possibility of implementing the proposed solutions to the strict timeline required for the clearing of the pan-European day-ahead electricity market. All four mathematical optimization models are formulated as Mixed Integer Linear Programming (MILP) problems and solved through high-level commercially available software under the branch-and-cut method.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή μελετά τη δυνατότητα ολοκλήρωσης των προ-ημερήσιων Ευρωπαϊκών αγορών ηλεκτρικής ενέργειας. Η ερευνητική προσπάθεια επικεντρώνεται στην ανάπτυξη τεσσάρων μοντέλων μαθηματικής βελτιστοποίησης, τα οποία στοχεύουν στην αντιμετώπιση των σύγχρονων προκλήσεων που εμφανίζονται κατά την προσπάθεια ενοποίησης των Ευρωπαϊκών αγορών ηλεκτρικής ενέργειας και προσπαθούν να δώσουν χρήσιμες κατευθυντήριες γραμμές, σχετικές με τον τρόπο οργάνωσης της ενιαίας Πανευρωπαϊκής προ-ημερήσιας αγοράς ΗΕ. Πιο συγκεκριμένα, στην παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνάται η δυνατότητα ολοκλήρωσης των προ-ημερήσιων αγορών ΗΕ όταν αυτές διέπονται από διαφορετικά ρυθμιστικά πλαίσια, όταν είναι οργανωμένες δηλαδή ως Χρηματιστήρια Ενέργειας και ως Κοινοπραξίες Ισχύος, ενώ επιδιώκεται η εύρεση και υιοθέτηση της κατάλληλης μεθοδολογίας έμμεσης δημοπράτησης των Φυσικών Δικαιωμάτων Μεταφοράς των διασυνδετικών γραμμών, για τον υπολογισμό των βέλτιστων ημερήσιων ανταλλαγών ισχύος μεταξύ των Κρατών Μελών. Επιπλέον, μέσω της μοντελοποίησης των διασυνδετικών γραμμών εναλλασσομένου και συνεχούς ρεύματος μελετάται η επίδραση του Ευρωπαϊκού δικτύου μεταφοράς ΗΕ στις τελικές Τιμές Εκκαθάρισης και στη δυνατότητα σύγκλισης αυτών, ενώ εξετάζονται παράλληλα μεθοδολογίες για τον αποτελεσματικό χειρισμό των Παραδόξως Αποδεκτών και Απορριπτόμενων προσφορών που εμφανίζονται στα περισσότερα Βόρειο-ευρωπαϊκά Χρηματιστήρια Ενέργειας. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων φανερώνουν τη δυνατότητα ολοκλήρωσης αγορών που διέπονται από διαφορετικά ρυθμιστικά πλαίσια, καθώς επίσης και την εφικτότητα υλοποίησης των προτεινόμενων λύσεων στα στενά χρονικά περιθώρια εκκαθάρισης της Πανευρωπαϊκής αγοράς ΗΕ. Τα τέσσερα μαθηματικά μοντέλα βελτιστοποίησης που αναπτύχθηκαν διατυπώνονται υπό μορφή Μικτού Ακέραιου Γραμμικού Προγραμματισμού (ΜΑΓΠ) και επιλύονται με χρήση εμπορικά διαθέσιμου λογισμικού που χρησιμοποιεί τη μέθοδο διακλάδωσης και αποκοπής.