Universität zu Köln

Nicolosi, Marco (2012). The Economics of Renewable Electricity Market Integration. An Empirical and Model-Based Analysis of Regulatory Frameworks and their Impacts on the Power Market. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

As power systems increase in complexity due to higher shares of intermitting RES-E, so increase the requirements for power system modeling. This thesis shows empirically, with examples from Germany and Texas, that the increasing RES-E share strongly affects current power market operation. The markets further create price signals, which lead to system adaptations in the long-run. To get an estimate of the adaptation effects, 'The High Temporal Resolution Electricity Market Analysis Model' (THEA) has been developed. In a first application for the ERCOT market in Texas, particular model attributes are tested and compared to some complexity reducing approaches, i.e. the reduction of temporal resolution and the reduction of operational constraints. In both cases, the results show significant differences compared to the results when the full spectrum of THEA's capabilities is utilized. The ERCOT case study additionally shows that the adaptation to RES-E in an isolated, mainly thermal-based power system is quite severe. Market signals which underline this conclusion are the severely reduced value of wind energy, the increasing curtailment and the strong shift towards peak-oriented generating capacities. The second application of THEA models the German power market with its interconnected markets. This analysis increases the complexity significantly by modeling a well interconnected system, increasing the amount of different RES-E technologies and adding CAES investment options. In order to assess the impact on the different system component's supply, demand and grid infrastructure, specific measures are applied to compare several scenarios. Each scenario represents a policy option, which either reduces or increases the flexibility of the power system. The scenario comparisons capture the effects of a lower RES-E share, a larger baseload capacity fleet, higher interconnector capacities, various RES-E support scheme designs and the capability of RES-E to participate in the reserve power market. In general, the results show that if the flexibility of one system component is reduced, the flexibility values of other system components increase, which suggests a careful, integrated and long-term oriented policy setting.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Der stark wachsende Anteil dargebotsabhängiger erneuerbarer Energien (EE) im Strommarkt erhöht die Komplexität des Elektrizitätssystems und die Anforderungen an die Strommarktmodellierung. Die vorliegende Arbeit zeigt anhand empirischer Beispiele aus Deutschland und Texas, dass der steigende EE Anteil die Marktabläufe stark beeinflusst. Die daraus resultierenden Preissignale ziehen in der langen Frist Systemanpassungen nach sich. Um eine Abschätzung der Anpassungseffekte zu erhalten, wurde das Strommarktmodell 'The High Temporal Resolution Electricity Market Analysis Model' (THEA) entwickelt. In einer ersten Anwendung wird das ERCOT Marktgebiet in Texas modelliert um die spezifischen Modelleigenschaften zu testen und mit komplexitätsreduzierenden Methoden hinsichtlich der zeitlichen Auflösung und der betrieblichen Detailschärfe zu vergleichen. In beiden Fällen zeigen die Ergebnisse deutliche Unterschiede im Vergleich zu den Resultaten der vollen Modellnutzung. Der ERCOT Anwendungsfall zeigt darüber hinaus, dass die EE induzierten Anpassungseffekte in einem isolierten, hauptsächlich thermischen Strommarkt sehr deutlich sind. Marktergebnisse, welche das Fazit unterstreichen, sind der starke Wertverlust des Windstroms, das zunehmende Einspeisemanagement und die deutliche Verschiebung zu spitzenlastorientierter Erzeugungskapazität. Die zweite Anwendung von THEA modelliert den deutschen Markt unter Berücksichtigung der verbundenen Nachbarmärkte. Die Komplexität der Analyse steigt deutlich durch die Modellierung eines stark vermaschten Systems, die Berücksichtigung verschiedener EE-Technologien und die Zubaumöglichkeit von CAES Speichern. Um die Rückwirkungen auf die Systemkomponenten Angebot, Nachfrage und Netz zu untersuchen werden verschiedene Szenarienanpassungen vorgenommen. Jedes Szenario untersucht eine Politikoption hinsichtlich der Flexibilitätsteigerung oder -reduzierung des Stromsystems. Die Szenarienvergleiche beinhalten die Effekte eines geringeren EE Anteils, einer größeren Grundlastkapazität, höherer Interkonnektorkapazitäten, verschiedener EE Fördersystemdesigns und der Möglichkeit der EE Teilnahme am Regelenergiemarkt. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die Einschränkung der Flexibilität einer Systemkomponente den Wert der Flexibilität anderer Systembestandteile erhöht, woraus eine behutsame, integrierte und langfristorientierte Energiepolitikempfehlung abgeleitet werden kann. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Nicolosi, Marco nicolosi.energy@gmail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-46128
Date:	2012
Language:	English
Faculty:	Faculty of Management, Economy and Social Sciences
Divisions:	Externe Einrichtungen > An-Institute > Associated Institutes of the Faculty of Management, Economics and Social Sciences > Institute for Energy Economics
Subjects:	Economics
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Energy Economics, Power Market, Power Price, Negative Price, Renewable Electricity, Optimization Model, Power Market Model, Benders Decomposition English Energiewirtschaft, Strommarkt, Strompreis, Negative Preise, Erneuerbare Energien, Optimierungsmodell, Strommarktmodell, Benders Dekomposition German
Date of oral exam:	9 June 2011
Referee:	Name Academic Title Bettzüge, Marc Oliver Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/4612