DER participation in ancillary services market: an analysis of current trends and future opportunities

The aim of the work is to analyse the role of Distributed Energy Resources (DER) in the Ancillary Services Market (ASM) and to investigate the actual economic convenience of the opening of the Italian one to DER. The point of view presented is both of producers and Distribution System Operators (DSO). In particular, in the first chapters, an overview of regulatory conditions, and a bibliographic state of the art on DER and European examples of ASM opening to such technologies are presented. After that, the focus is set on the Italian Electricity Market framework and prices trend, this part of the analysis allows to properly take into account the volatility of electricity prices in the considerations made. More specifically, the purpose of the work is to evaluate the economic opportunities arising from the participation of small production units, DER, and non-programmable renewable energy resources (NP-RES) to the ASM; to determine the economic conditions under which the producers find it convenient to provide regulation to the grid (downward in particular); and to identify the economic conditions that determine if it is more convenient for system operators to invest in enlarging the infrastructure or exploit DER’s flexibility. It is done firstly through an analysis of the economic flows of different power plants participating to the Italian ASM, both incentivised and non-incentivised: thermal plants based on fossil fuels and on residual gas, combined heat and power plants, photovoltaic plants, hydropower plants with reservoir and run-of-river. Secondly, through a sensitivity analysis aimed at investigating the role of distributed flexibility in solving local congestions versus the possibility of the DSO to invest in expanding the already existing distribution network.

Lo scopo del presente lavoro è di analizzare il ruolo della Generazione Distribuita (GD) all’interno del Mercato dei Servizi di Dispacciamento (MSD) e di valutare l’effettiva convenienza economica derivante dall’apertura del MSD italiano alla GD, sia dal punto di vista dei piccoli produttori, sia degli operatori di sistema. In particolare, nei primi capitoli, viene presentato il contesto regolatorio in cui sono inserite tali tecnologie e il MSD, oltre allo stato dell’arte della GD accompagnato da esempi significativi di apertura di vari MSD europei. Il focus del lavoro è poi spostato sul mercato elettrico italiano e viene proposta una analisi dei prezzi dell’energia. Questa parte dello studio proposto permette di considerare l’aleatorietà e la volatilità dei prezzi dell’elettricità e del gas nelle valutazioni che seguono. Più nello specifico, lo scopo della Tesi è quello di valutare le opportunità economiche che derivano dalla partecipazione di piccoli produttori, GD, e fonti di energia rinnovabile (FER) non programmabile, al MSD; identificare le condizioni economiche che rendono conveniente fornire servizi di regolazione all’interno del MSD per piccoli produttori (specialmente regolazione a scendere); e individuare i presupposti che rendono più conveniente lo sfruttamento di servizi ancillari forniti da GD rispetto all’espansione della rete elettrica. Per prima cosa, viene presentata l’analisi dei flussi economici caratterizzanti diversi impianti di potenza di piccole dimensioni che partecipano al MSD italiano, sia soggetti a incentivi che non: impianti termici da fonti fossili e da gas residuo, cicli combinati, fotovoltaico, idroelettrico a bacino e ad acqua fluente. Dopodiché è stata effettuata un’analisi di sensitività allo scopo di capire quale sia il ruolo della flessibilità distribuita nella risoluzione di congestioni locali rispetto alla possibilità dei gestori della rete di distribuzione di investire per espandere la rete elettrica già esistente.