Demand response in US and European energy markets

The term “Demand Response (DR)” refers to actions taken by end-users to modify their electric consumption in response to price signals or incentives designed to induce lower electricity use during high wholesale price periods or emergency conditions. Many types of DR programs exist, and some allow the demand-side to participate in the different forms of wholesale markets (energy, ancillary and capacity) where they offer their ability to reduce load. These programs can lead to certain benefits such as an increase in market efficiency, by reducing the market power of larger participants and increasing demand elasticity, allow users to save money or receive incentives and substitute inefficient power sources during peak hours resulting in environmental benefits. During peak hours DR resources can also significantly lower wholesale market prices. Furthermore, thanks to quick response times, DR resources are an excellent balancing tool for grid operators. This facilitates the incorporation of intermittent renewable energy sources. Energy markets are developing, or have developed, Demand Response programs to take advantage of these benefits. In this work, a comparative analysis of the development of Demand Response in various energy markets in both the United States and Europe has been conducted. The evolution of demand side initiatives in these markets will be discussed and the individual demand programs within each energy market analysed. The goal is to correctly gauge the penetration of DR in the markets analysed and to investigate the current success or failure of the different programs applied. In the US the DR industry has found success through the energy and capacity markets. In the PJM, the capacity market provided over 90% of revenue in 2013 for the DR industry. 1In the CAISO, many DR programs mostly exist only in relation to the retail market. In Europe the DR industry has had success in the ancillary markets of France and the UK, where DR resources can provide primary, secondary and tertiary reserves. France and the UK have also opened capacity markets in which the demand-side can participate. Furthermore, France is the first European country to develop a DR program for its spot markets. In Italy and Germany no specific market based DR programs exist, but DR resources can participate in interruptible load programs. Both of the nation’s grid operators are planning DR programs for their wholesale energy markets.

Con il termine “Demand Response” (DR) si indica una variazione del consumo elettrico di un consumatore in seguito a segnali/variazioni di prezzo o incentivi che inducono il consumatore ad abbassare il proprio consumo nei casi in cui il sistema elettrico è a rischio, oppure i prezzi dell’energia elettrica siano alti. Esistono varie tipologie di programmi di Demand Response. Alcuni, permettono alla domanda di partecipare nelle diverse tipologie di mercati energetici (energia, servizi ancillari e capacità), offrendo una riduzione del consumo come prodotto del mercato. Tali programmi possono potenzialmente portare ad alcuni vantaggi come l’aumento dell’efficienza del mercato, grazie all’aumento di elasticità della domanda e la riduzione del potere di mercato di imprese dominanti, a benefici economici, per gli utenti finali, ed ambientali, dato che possono sostituire gli impianti poco efficienti durante le ore di picco. Inoltre, nei casi di picco, le risorse DR possono portare a sostanziali diminuzioni del prezzo di mercato. Un vantaggio cruciale per i gestori di rete, è l’utilizzo delle risorse DR, per bilanciare la rete, sfruttando la loro rapidità di intervento, col beneficio di aumentare la sicurezza del sistema, facilitando l’integrazione di fonti rinnovabili non programmabili sulle reti elettriche. Alla luce di questi potenziali benefici, vari mercati energetici negli Stati Uniti e in Europa stanno sviluppando, o hanno realizzato programmi di mercato per la gestione del carico. In questo lavoro, si presenta una analisi comparata dell’esperienza di alcuni mercati americani ed europei, con l’obbiettivo di capire il percorso evolutivo di questi programmi e la loro penetrazione nel mercato, determinando i fattori principali che hanno limitato o contribuito allo sviluppo della Demand Response nei mercati considerati. Negli Stati Uniti, la DR ha avuto successo nei mercati dell’energia e della capacità. Nel PJM 1 , oltre il 90% dei ricavi nel 2013 per l’industria del DR provengono dal mercato della capacità. Nel CAISO invece, i programmi di DR riguardano soprattutto la vendita al dettaglio. In Europa, la DR ha ottenuto successo nei mercati ancillari, fornendo riserva primaria, secondaria e terziaria nel Regno Unito e Francia. Questi stati hanno anche aperto i mercati della capacità alla domanda. Inoltre, la Francia è il primo paese in Europa che ha realizzato un programma DR per il mercato a pronti. In Italia e Germania, ad ora non esistono programmi specifici per la partecipazione della DR nei mercati all’ingrosso, ma diverse soluzioni sono in fase di sviluppo.