Economic opportunities of wind power generators in Italian ancillary services market

Conventionally, operators of transmission system exploit the resources mainly provided by specified large thermal power plants connected to transmission networks in order to regulate the frequency of power system, maintain the energy balance and subsequently provide a high level of security. Thermal power plants are programmable and are able to easily modulate the production of energy. The increasing share of non-Programmable Renewable Energy Sources has a great impact on balancing of energy and consequently, security of power system and increases power system needs for energy regulation reserve. Frequency control services are mainly traded in Ancillary Services Market, with the time span that ranges from one day up to couple of hours before delivery. In this market platform, the system operator is the only buyer of ancillary services to procure the system reserve needs. On the other hand, production units are the ancillary service providers and sell their assets by offering the quantity and price of the services. Increasing share of renewable energy sources requires these types of generation to increasingly participate in frequency control services provision. Increase in dispatching resources, possibility to increase financial opportunities for producers in conjunction with increase the competition among market participants are the motivations to reform the market in a non-discriminatory manner and allowing new actors to participate in frequency control service provision. This work aims to assess the possibility and financial opportunities of non-programmable renewable sources (NP-RES) plants and aggregators to participate in Ancillary Services Market. To achieve this goal, an innovative analytical approach is presented through a mathematical model, compliant to Italian regulatory framework, providing the opportunity for NP-RES plants to optimally bid in ASM in order to maximize profit. Additionally the model is also used to evaluate the influence of different parameters on profit opportunities for NP-RES plants in ASM, based on current market situation and future evolution of energy sector. In order to assess the results and effectiveness of the presented model, a simulation tool is created in MATLAB®. During the first phase of simulation, the optimal bidding quantities are generated for one year based on input data corresponding to year 2015. In the second phase of simulation, the generated bidding quantities are used to evaluate the influence of input parameters on change in annual cash flow. The outcome of this analysis and simulation reveals the favorable conditions in which the NP-RES plants can gain profit in ASM, as well as potential barriers which could be taken into consideration for further evolution of ASM policies.

Tradizionalmente, l’operatore del sistema di trasmissione sfrutta le risorse fornite principalmente da grandi centrali termoelettriche collegate alla rete di trasmissione per regolare la frequenza del sistema elettrico, mantenere l'equilibrio energetico e, di conseguenza, garantire un elevato livello di sicurezza. Infatti, le centrali termoelettriche sono programmabili e sono in grado di modulare facilmente la produzione di energia. La quota crescente delle fonti di energia rinnovabili non programmabili ha un grande impatto sul bilanciamento dell'energia e, di conseguenza, sulla sicurezza del sistema elettrico; essa aumenta le necessità di riserva di regolazione. I servizi di controllo della frequenza sono principalmente negoziati nel mercato dei servizi ancillari (MSD), con un intervallo di tempo compreso tra un giorno e un paio di ore prima della consegna. In questa piattaforma di mercato, l'operatore del sistema è l'unico acquirente di servizi ancillari, e soddisfa le esigenze di riserva del sistema. D'altra parte, le unità produttive sono i fornitori di servizi ancillari e vendono i loro beni offrendo servizi in termini di quantità e prezzo. L'aumento della quota di fonti energetiche rinnovabili richiede che questi tipi di generazione partecipino sempre più alla prestazione dei servizi di controllo della frequenza e di bilanciamento. L'aumento delle risorse di dispacciamento, le opportunità finanziarie per i produttori in combinazione con l'aumento della concorrenza tra i partecipanti al mercato sono le motivazioni per riformare il mercato in modo non discriminatorio e consentire ai nuovi attori di partecipare alla prestazione di servizi di bilanciamento. Questo lavoro mira a valutare la possibilità e le opportunità finanziarie di impianti e aggregatori di fonti rinnovabili non programmabili (FER-NP) derivanti dalla partecipazione al mercato dei servizi di dispacciamento. Per raggiungere questo obiettivo, un approccio analitico innovativo viene presentato attraverso un modello matematico conforme al quadro normativo italiano, che determina la possibilità per FER-NP di offrire in maniera ottimale su MSD al fine di massimizzare il profitto. Inoltre, il modello è utilizzato anche per valutare l'influenza di diversi parametri sulle opportunità di profitto degli impianti FER-NP in MSD, sulla base della situazione attuale del mercato e della futura evoluzione del settore energetico. Per valutare i risultati e l'efficacia del modello presentato, è stato creato uno strumento di simulazione MATLAB®. Durante la prima fase di simulazione, le quantità ottimali di offerta vengono generate per un intero anno in base ai dati di input corrispondenti (anno 2015). Nella seconda fase della simulazione, le quantità di offerta generate vengono utilizzate per valutare l'influenza dei parametri di input sulla variazione del flusso di cassa annuale. L'esito di questa analisi e simulazione evidenzia le condizioni favorevoli in cui le FER-NP possono guadagnare profitto in MSD, nonché potenziali barriere che potrebbero essere prese in considerazione per un'ulteriore evoluzione delle regole di funzionamento del medesimo mercato.