Thèse Année : 2023

Long-run profitability of flexible electric generation technologies on energy markets

Modélisation de la profitabilité à long terme sur les marchés des technologies flexibles de génération électrique

Résumé

With more renewable energy, flexibility needs may increase in the future. In addition, the decrease in dispatchable generation will reduce the available flexibility. Consequently, investments in storage and flexibility options are necessary. The objective of this thesis is to study the long-run profitability of flexible technologies in energy and reserve markets. This thesis focuses on the short-term flexibility and in particular on the day-ahead market and the frequency-control reserves. The first chapter is dedicated to the analysis of the market design for reserves. It highlights three parameters of interest. The pricing mechanism, the structure of bids and the timing of the reserve capacity markets with respect to the day-ahead market affect the efficiency of the reserve markets. The European platforms for the exchange of reserve energy are intended to improve this efficiency by sharing reserve resources. However, price convergence is limited by the available cross-zonal capacity after the intraday market. The second chapter is dedicated to the estimation of the future demand for reserves. Time series models are estimated to obtain forecasts of secondary reserve energy in scenarios of carbon neutrality. These models also allow to analyse the relationship between reserve energy demand on the one hand, and load and renewable energy generation on the other hand. It shows the role of the intraday market through the possibility to balance forecast errors. However, the residual load level can limit this possibility because of its impact on the number of bids from conventional generators. The third chapter analyses the evolution of energy and reserve energy prices with high levels of renewables and storage. The main finding is the leading role of batteries in the demand-supply equilibrium of the reserve capacity markets. However, despite a significant increase in the reserve capacity demand, reserve capacity prices remain very low in most cases. This is due to the flexibility of batteries which imply a zero opportunity cost in most cases. These results suggest that reserve capacity markets cannot provide an additional remuneration for flexible technologies and thus, does not solve the missing-money problem in the context of the energy transition. Therefore, an additional mechanism is needed to coordinate investments in flexible technologies.

Avec plus d'énergies renouvelables, les besoins en flexibilité vont probablement augmenter à l'avenir. De plus, la diminution de la production contrôlable réduira la flexibilité disponible. Par conséquent, des investissements dans des options de stockage et de flexibilité sont nécessaires. L'objectif de cette thèse est d'étudier la rentabilité à long terme des technologies flexibles sur les marchés de l'énergie et des réserves. La thèse se concentre sur les flexibilités de court terme et en particulier, les marchés day-ahead et de réserve.Le premier chapitre est consacré à l'analyse du design de marché des réserves avec la mise en avant de trois paramètres d'intérêt. Le critère de rémunération des offres sélectionnées, la structure des offres et le positionnement du marché de capacité de réserve par rapport au marché day-ahead affectent l'efficacité des marchés de réserve. Les plateformes européennes pour l'énergie de réserve ont vocation à améliorer l'efficacité des marchés de réserve en permettant le partage des ressources flexibles. Cependant, le convergence des prix est limitée par la capacité de transport disponible après le marché infra journalier. Le deuxième chapitre est dédié à l'estimation de la demande future de réserve. Des modèles de séries temporelles sont estimées pour obtenir des projections de la demande d'énergie de réserve dans des scénarios de neutralité carbone. Ces modèles permettent également d'analyser la relation entre la demande d'énergie de réserve d'une part, et la consommation et la production des énergies renouvelables d'autre part. Cette analyse soulève le rôle important du marché infrajournalier à travers la possibilité de contrebalancer les erreurs de prévisions de la consommation et de la production non contrôlable. Cependant, la demande résiduelle peut limiter cette possibilité en raison de son impact sur le volume d'offres proposées par les sources de production conventionnelle.Le troisième chapitre analyse l'évolution des prix de l'énergie et des réserves avec une forte intégration des énergies renouvelables et du stockage. Le résultat principal de ce chapitre est le rôle prépondérant des batteries dans l’équilibre entre l’offre et la demande sur les marchés des capacités de réserve. Cependant, malgré une augmentation significative de la demande de capacité de réserve, les prix de la capacité de réserve restent très bas dans la plupart des cas. Cela est dû à la flexibilité des batteries qui implique un coût d'opportunité nul dans la plupart des cas.Ces résultats suggèrent que les marchés de capacité de réserve ne peuvent pas fournir une rémunération supplémentaire pour les technologies flexibles et ne résolvent donc pas le problème de "missing money" dans le contexte de la transition énergétique. Un mécanisme supplémentaire est donc nécessaire pour coordonner les investissements dans les technologies flexibles.

Fichier non déposé

Dates et versions

tel-04604639 , version 1 (07-06-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04604639 , version 1

Citer

Laureen Deman. Long-run profitability of flexible electric generation technologies on energy markets. Economics and Finance. Université Grenoble Alpes, 2023. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04604639⟩
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