Modelling and analysis of the demand curve of the Italian capacity market

As Italy gets ever closer to the official launch of the capacity market, interest grows ever higher in estimating how the new market will perform. Italy is currently in the end of a long series of adjustments to its proposed capacity mechanism, on one hand to clarify and reassure the energy market participants and generation capacity holders, and on the other hand to get the approval of the European Commission for conforming with the EU state aid guidelines. The new capacity market is aimed at ensuring the electrical system’s adequacy in Italy, which has demonstrated a clear risk to its security of supply. This thesis attempts at predicting the characteristics of the demand curve of the main auction of the upcoming capacity market by assuming several scenarios, which in turn will affect the bidding behaviour of the capacity providers and the result of the auction. First, the specifics of the Italian capacity market are demonstrated and analysed using the most recently published documentation and consultations available from the Italian transmission system operator Terna and the Italian regulator ARERA, giving special attention to the proposed procedure for building the demand curve. After that, an adequacy assessment model using Monte Carlo simulations is developed to provide an accurate presentation of the Italian power system. After that, an analysis of the current state and perceived developments of the Italian power system is presented and formulated so that it can be used in the prepared adequacy assessment model. Several case studies are prepared utilizing that data, ranging from changes in the environmental conditions and seasons of the year, to various assumptions of the power system conditions such as different forecasts for the load growth and different extents of decommissioning of conventional power plants. Utilizing the aforementioned model with the prepared data input cases, the demand curves for the zones of the Italian system are built. These scenarios are aimed at presenting the impact of the assumptions of the different input data and factors that Terna will use in its own model on influencing the demand curve.

Con l'avvicinarsi dell’avvio del mercato della capacità in Italia, sta ovviamente crescendo l’interesse degli operatori verso le potenzialità e le regole che lo caratterizzano. Tali regole, in fase di definitiva approvazione, derivano da una lunga serie di riforme, finalizzate, da un lato, a definire chiaramente gli attori coinvolti nel mercato e, dall'altro, a raggiungere la conformità rispetto alle linee guida fornite dalla Commissione Europea agli Stati membri. Lo scopo di questo nuovo mercato è quello di assicurare l'adeguatezza della capacità di generazione nel tempo al fine di garantire adeguati margini di sicurezza dell’esercizio del sistema elettrico. Ovviamente, un aspetto particolarmente importante relativo a questo nuovo mercato riguarda il suo livello di efficienza e la sua capacità di fornire risposte adeguate sotto i profili tecnici ed economici al problema della capacità di generazione. Questa tesi focalizza l’attenzione sulle metodologie di calcolo della curva della domanda di capacità e come questa può variare in funzione di diversi scenari previsionali. Differenti curve di domanda ovviamente influenzeranno diversamente il comportamento degli offerenti (ossia i fornitori di capacità) e i risultati dell'asta. Più dettagliatamente, nel lavoro di tesi sono stati studiati gli aspetti specifici del mercato della capacità italiano, a partire dai documenti di consultazione e quelli più recenti approvati sia dal gestore italiano della rete di trasmissione (Terna), sia dall’autorità di regolazione (ARERA, ex AEEGSI). A partire dalla descrizione della procedura proposta nei documenti ad oggi disponibili per la determinazione della curva della domanda di capacità, è stato sviluppato un modello per il suo calcolo basato sulle metodologie Monte Carlo che tenga conto, attraverso un’appropriata modellizzazione zonale della rete di trasmissione, non solo di quanta capacità di generazione sia necessaria per il sistema elettrico nazionale al fine di garantire adeguati livelli di adeguatezza, ma anche dove sia necessario installare tale nuova capacità di generazione. I dati utilizzati in ingresso dal modello sono stati definiti a partire dalle informazioni pubbliche in merito alla configurazione attuale del parco di generazione nazionale e agli sviluppi previsti della rete elettrica Italiana che influenzeranno i limiti di transito tra le zone di mercato. Le analisi numeriche condotte durante il lavoro di tesi sono state effettuate considerando diversi aspetti, come i contributi forniti dalle fonti energetiche rinnovabili non programmabili, le stagioni dell'anno e i diversi scenari previsionali, come ad esempio tassi di crescita del carico e stime differenti in merito allo smantellamento degli impianti di produzione convenzionali ad oggi in esercizio. Tali scenari sono finalizzati a valutare come la curva della domanda di capacità sia influenzata dai dati in ingresso e dalle ipotesi che Terna formulerà nei suoi modelli previsionali. E’ da precisare ovviamente che i risultati numerici ottenuti dipendono da una serie di assunzioni in merito ai dati di ingresso del modello di calcolo che è stato necessario ipotizzare in quanto non di dominio pubblico.