Techno-economic optimization of services stacking for a battery participating to electricity spot markets

The new European environmental regulations have structurally modified the electrical system, leading to an increasing integration of non-programmable renewable energy sources. To ensure the security and reliability of the electrical grid in this context, it has become essential to employ storage systems, particularly for the provision of ancillary services. This study explores the optimization of services stacking for a battery that offers primary, secondary, and tertiary frequency regulation while participating in the Day-Ahead Market (DAM) within the regulatory framework of Italian electricity spot markets. Formulated as a two-stage stochastic Mixed Integer Linear Programming (MILP), the objective is to maximize the battery's daily revenue, accounting for uncertainty related to tertiary reserve offer acceptance. The research investigates how variations in technical parameters, market prices, and regulatory factors can impact revenue and battery optimal strategy. Key findings indicate that optimal economic outcomes are associated with batteries having an intermediate Energy-to-Power Ratio (EPR), while high EPR increases the investment risk, and very low EPR becomes optimal only when asymmetric provision of secondary reserve and capacity payments are considered. Furthermore, it is shown that offering primary reserve is disadvantageous in the context of services stacking. In conclusion, the study highlights the need for proper capacity payment to incentivize investments in batteries offering essential services for grid management. Investors, in turn, should carefully select the battery EPR based on the provided services.

Le nuove normative ambientali europee hanno modificato strutturalmente il sistema elettrico, portando a una crescente integrazione di fonti di energia rinnovabile non programmabili. Per garantire la sicurezza e l'affidabilità della rete elettrica in questo contesto, è diventato essenziale utilizzare sistemi di stoccaggio, in particolare per la fornitura di servizi ausiliari. Questo studio esplora l'ottimizzazione dello stacking dei servizi per una batteria che offre regolazione di frequenza primaria, secondaria e terziaria e partecipa al mercato del giorno prima, all'interno del quadro normativo dei mercati elettrici a pronti italiani. Formulato come un problema di programmazione lineare mista (MILP) stocastico a due fasi, l'obiettivo è massimizzare i ricavi giornalieri della batteria, tenendo conto dell'incertezza legata all'accettazione delle offerte di riserva terziaria. La ricerca indaga come variazioni nei parametri tecnici, nei prezzi di mercato e nei fattori normativi possano influenzare i ricavi e la strategia ottima della batteria. Le principali conclusioni indicano che i risultati economici ottimali sono associati alle batterie con un rapporto energia/potenza intermedio, mentre un alto rapporto energia/potenza aumenta il rischio di investimento, e un rapporto molto basso diventa ottimale solo quando si considerano la fornitura asimmetrica di riserva secondaria e i pagamenti di capacità. Inoltre, si dimostra che offrire riserva primaria è svantaggioso nel contesto dello stacking dei servizi. In conclusione, lo studio sottolinea la necessità di un adeguato pagamento per la capacità per incentivare gli investimenti in batterie che offrono servizi essenziali per la gestione della rete. Gli investitori, a loro volta, dovrebbero selezionare accuratamente il rapporto energia/potenza della batteria in base ai servizi forniti.