1 Mercato elettrico Mercato elettrico 1. 1. Economia dei Servizi e delle Reti Elena Fumagalli Dip. Ingegneria Gestionale E-mail: elena . fumagalli@polimi . it ottobre 08 2 Economia dei Servizi e delle reti indice indice Disegno e funzione del mercato Dispacciamento di merito economico Mercato unconstrained Mercato constrained
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settore elettricosettore elettrico Nel settore elettrico le caratteristiche tecniche
svolgono un ruolo decisivo nella scelta deldisegno di mercato Difficoltà nell’immagazzinare energia elettrica Domanda anelastica al prezzo e varia con periodicità
giornaliera e stagionale Stabilità tensione e frequenza (bilanciamento in
tempo reale) Indisponibilità della generazione o della rete
(manutenzione e fuori servizio) Complessità generazione: rampe di carico, minimi di
potenza,… Infrastruttura condivisa (congestioni)
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Economia dei Servizi e delle reti
mercato allmercato all’’ingrossoingrosso Ruolo svolto dal monopolista pre-
liberalizzazione Dispacciamento impianti
Nota la previsione di domanda Note le funzioni di costo di produzione degli impianti
Verifica della fattibilità del dispacciamento Noto lo stato della rete di trasmissione
Approvvigionamento servizi di dispacciamento Necessari per la gestione in sicurezza del sistema
Al minimo costo
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Economia dei Servizi e delle reti
mercato allmercato all’’ingrossoingrosso Funzioni svolta dal mercato all’ingrosso
Dispacciamento degli impianti Date le offerte lato domanda Date le offerte dei produttori
Assegna i diritti di transito sulla rete Noto lo stato della rete di trasmissione con un
modello semplificato Approvvigionamento delle risorse per i servizi di
produttori L’operatore del mercato raccoglie le offerte a vendere
e ad acquistare offerte chiuse in prezzo e quantità
L’operatore utilizza un algoritmo per determinarel’insieme delle offerte accettate e individuare unprezzo di mercato
L’esito del mercato determina il dispacciamento degliimpianti di generazione e i prelievi dei consumatori
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Economia dei Servizi e delle reti
modello poolmodello pool
Aggregata delleofferte di acquisto
D1 D2=+ D
Aggregata delleofferte di vendita
O1 O2
=+O
D O
MCP
MCQ
…
…
€
q1 q2 q1+q2
€
q1 q2 q1+q2
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Economia dei Servizi e delle reti
modello poolmodello pool
Regola di prezzo non discriminatoria(asta a prezzo uniforme): tutti i produttori e tutti gli acquirenti le cui
offerte sono state accettate ricevono epagano lo stesso prezzo
prezzo pari al costo marginale di sistema,cioè al prezzo richiesto dall’impianto menoeconomico tra quelli chiamati a produrre
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Economia dei Servizi e delle reti
modello bilateralimodello bilaterali
Produttore 1 Produttore i
Acquirente 1 Acquirente j
MWh€
…
…
MWh €
CONTRATTIBILATERALI
Produttori e consumatori definiscono le transazioni subase bilaterale in modo autonomo e privato Il gestore della rete viene notificato delle transazioni definite
dagli operatori e ne autorizza l’implementazione salvo vincolidi rete
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Economia dei Servizi e delle reti
modello bilateralimodello bilaterali
D1 D2
O1 O2
Q2Q1
P2P1
…
…
n transazionin prezzi P1, P2 …n quantità Q1, Q2, …
Se il mercato fosseperfettamenteconcorrenziale tutti iprezzi tenderebberoal MCP e la sommadelle quantità allaMCQ
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Economia dei Servizi e delle reti
modello ibrido (mercatomodello ibrido (mercatoitaliano)italiano) Compravendita all’ingrosso dell’energia elettrica avviene
tramite contratti conclusi Nel sistema delle offerte: mercato organizzato o borsa
dell’energia ad accesso facoltativo Al di fuori del sistema delle offerte: sistema di scambi
decentrati basati su contratti bilaterali tra operatori
Dispacciamento di meritoDispacciamento di meritoeconomico economico ((vincolatovincolato))
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Economia dei Servizi e delle reti
esempio: due nodiesempio: due nodi
D1 D3D2
nodo 1 nodo 2
~ ~
G1 G3
~
G2
MW800=max
lF
500 MW
700 MW700 MW 200 MW
400 MW 700 MW
Fl=? MW
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Economia dei Servizi e delle reti
esempio: due nodiesempio: due nodi
D1 D3D2
nodo 1 nodo 2
~ ~
G1 G3
~
G2
MW800=max
lF
500 MW
700 MW700 MW 200 MW
400 MW 700 MW
Fl=900 MW
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Economia dei Servizi e delle reti
esempio: due nodiesempio: due nodi
700 MW
D1 D3D2
nodo 1nodo 2
~ ~
G1 G3
~
G2
MW800=max
lF
500 MW
700 - 100 MW 200 + 100 MW
400 MW 700 MW
Fl=900-100 MW
Per eliminare il sovraccarico della linea riduco la produzione in G1 di100 MW e aumento la produzione più costosa in G2.Non è l’unica soluzione possibile: cerco quella meno costosa
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Economia dei Servizi e delle reti
esempio: due nodiesempio: due nodi Il limite di trasporto su una linea divide il
mercato in due mercati diversi, uno per ciascunnodo
Il generatore più economico al nodo 1 èutilizzato per soddisfare il carico nel nodo 2 finoal limite fisico di trasporto La domanda nel nodo 1 è modificata per
comprendere la domanda nel nodo 2 La domanda residua nel nodo 2 è soddisfatta
Introducono cambiamenti nell’equilibriodel mercato Da un prezzo unico a prezzi zonali (o nodali)
diversi Si modifica il dispacciamento nella produzione e
nella domanda Cambia il bilancio economico dei diversi
operatori
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Economia dei Servizi e delle reti
congestionicongestioni
L’impatto delle congestioni si puòmisurare in termini di variazione nelsurplus degli operatori e di energia chedeve essere redispacciata: Rendita di congestione Costo di congestione (deadweight loss)
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Economia dei Servizi e delle reti
rendita di congestionerendita di congestione
La differenza tra quanto pagato dagli acquirentie quanto ricevuto dai produttori è la rendita dicongestione
La rendita di congestione è parte del benesseresociale!
effetto delle congestionieffetto delle congestioni In sintesi
Redispacciamento degli impianti Da prezzo unico a prezzi zonali diversi Si modifica il surplus di produttori e consumatori Rendita di congestione: differenza tra esborsi
consumatori e ricavi dei produttori (operatoredella trasmissione)
Perdita di welfare: aumento del costocomplessivo di generazione
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Economia dei Servizi e delle reti
effetto delle congestionieffetto delle congestioni Segnali economici di lungo periodo
Differenza tra prezzi zonali: localizzazione impianti diproduzione
Valore economico della trasmissione: riduce i costi diredispacciamento
Rendita di congestione: utilizzabile dal gestore dellarete per investimenti in espansione della capacità ditrasporto Conflitto di interessi
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Economia dei Servizi e delle reti
effetti della reteeffetti della rete
Perdite di rete Vincoli di trasmissione
La rete potrebbe non essere in grado ditrasportare la MCQ definita in Borsa in assenzadi controlli sulla rete
È necessario una rappresentazione della retenell’algoritmo che trova l’equilibrio del mercato Approccio zonale (mercato italiano) Approccio nodale
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Economia dei Servizi e delle reti
mercato non vincolatomercato non vincolato
!
maxP
Bj, P
Si
S = Bj (PBj ) "
j=1
M
# Ci (PSi )
i=1
N
#
s.t. PBj =
j=1
M
# PSi
i=1
N
# vincolo di bilancio
PSimin $ PSi $ PSi
max %i vincolo quantità di offerta
PBjmin $ PBj $ PBj
max %j vincolo quantità di acquisto
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Economia dei Servizi e delle reti
mercato vincolatomercato vincolato
!
maxP
Bj, P
Si
S = Bj (PBj ) "
j=1
M
# Ci (PSi )
i=1
N
#
s.t. PBj =
j=1
M
# PSi
i=1
N
# vincolo di bilancio
PSimin $ PSi $ PSi
max %i vincolo quantità di offerta
PBjmin $ PBj $ PBj
max %j vincolo quantità di acquisto
Fl (PS1,...PSN ;PB1,...,PBM ) $ Flmax % linea l vincoli di flusso in potenza attiva
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Economia dei Servizi e delle reti
approccio zonaleapproccio zonale Una “linea” di trasmissione (frontiera elettrica) è
congestionata se risulta saturato il limite di trasporto inpotenza attiva
Viene saturato il corrispondente vincolo di disuguaglianza
Il sistema di trasmissione si dice congestionato se visono una o più “linee” congestionate
!
Fl (PS1,...PSN ;PB1,...,PBM ) " Flmax
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Economia dei Servizi e delle reti
approccio zonaleapproccio zonale
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Economia dei Servizi e delle reti
approccio zonaleapproccio zonale Semplifica la gestione della rete di trasmissione
La rete è suddivisa in zone per ognuna delle quali è definito unlimite di scambio con le altre aree
Il valore limite è scelto in modo tale che se lo scambio èminore del valore massimo non ci siano congestioni sullelinee di interconnessione né sulle linee interne alle zone
Si esegue il mercato solo verificando che siano rispettati ivincoli di scambio tra le zone
Non richiede l’impiego di algoritmi molto sofisticati per trovarela soluzione di mercato
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Economia dei Servizi e delle reti
sicurezzasicurezza Considerazioni legate alla sicurezza portano a considerare il
funzionamento del sistema sia in condizioni normali che incondizioni di guasto
I limiti di flusso interzonale sono fissati considerando il casobase (condizioni normali) e un insieme predefinito di casi diguasto (sicurezza N-1)
Sicurezza N-1 correttiva
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Economia dei Servizi e delle reti
BibliografiaBibliografiaGreen R. (2000). ‘Competition in Generation: the Economic
Fundation’. IEEE Proceedings, Vol. 88, No. 2Gross G. (2003). ‘Congestion in Power System Operation’.
Presentazione al corso Uncertainty and Risk Managementin Electricity Markets, Politecnico di Milano