Using real options for the investment appraisal : the case of energy storage systems in UK

The increasing penetration of variable renewable energy is becoming a key challenge for the management of the electrical grid and requires flexible power systems to quickly react to the variability of supply and demand. Energy Storage Systems (ESS) are one of the most suitable solutions to increase the flexibility and resilience of the electrical system. This thesis provides two original contributions: firstly by calculating the optimal reservoir size capacity and the incentives that guarantee a positive net present value for an investment in ESS; secondly, presenting an innovative methodology, based on the Real Option Analysis (ROA), to consider the risks and uncertainties in the overall investment appraisal. The three real options investigated are: the “option to wait to invest” after the concept screening phase, the “option to build” and the “option to wait to build” after the detailed design phase. In order to exemplify the key results, this method is applied to the UK market ESS operating price arbitrage, i.e. purchasing low-cost off-peak energy in order to sell it during periods of high prices, and Short Term Operating Reserves, one of the reserve services provided by the UK National Grid.

L’ aumento della produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili rappresenta una sfida per la gestione della rete elettrica, che necessita di impianti per la produzione di energia capaci di reagire rapidamente alla variabilità della domanda e dell'offerta. I sistemi di stoccaggio di energia (Energy Storage Systems (ESS)) sono una delle soluzioni più interessanti per migliorare la capacità di risposta della rete elettrica. Questa tesi fornisce due contributi innovativi: in primo luogo, calcola la dimensione ottimale del sistema di stoccaggio e gli incentivi che garantiscono un NPV pari a zero per un investimento in ESS; in secondo luogo, presenta una metodologia basata sull’analisi delle opzioni reali (Real Option Analysis (ROA)) che considera i rischi e le incertezze nella valutazione dell’intero progetto di investimento. Le tre opzioni reali analizzate sono: l’opzione di “aspettare a investire” dopo la fase di concept screening, e le opzioni di “costruire” e di “aspettare a costruire” dopo la fase di detailed design. Per esemplificare i risultati, questo metodo viene applicato al mercato del Regno Unito e considera gli ESS operanti price aribitrage, che si riferisce alla pratica di acquistare energia elettrica a basso costo e rivenderla nei periodi di picco della domanda, e Short Term Operating Reserves, uno dei servizi che rete nazionale inglese si impegna a fornire per garantire il bilanciamento della rete.