Influencia de la integración de la generación renovable y la gestión de la demanda en el mercado

Abstract

Los principales efectos de la integración de la producción renovable en el mercado están ampliamente estudiados en la literatura, sin embargo, apenas se ha dedicado esfuerzo investigador al análisis de los efectos de las medidas de gestión de la demanda y el almacenamiento. Este trabajo trata de mitigar esta carencia analizando los efectos en el mercado mayorista de la energía eléctrica de tres tipos de actuaciones: • Integración de renovables, que servirá como base de comparación • Gestión de la demanda - ahorro y eficiencia energética y - desplazamiento temporal de cargas • Almacenamiento de energía - desde la generación (centrales de bombeo) y - del lado de la demanda (baterías). La fuente de información utilizada como referencia en este trabajo son las curvas horarias de generación y demanda (ofertadas y casadas) correspondientes al mercado español/ibérico durante el periodo 2008-2015 (70128 casaciones horarias), obtenidas del archivo histórico del Operador del Mercado (OMIE). A partir de ellas se han elaborado escenarios realistas de integración de renovables, de la gestión o respuesta de la demanda y el almacenamiento, a fin de estudiar sus efectos en el mercado. Con este propósito se ha desarrollado primero un sencillo modelo cualitativo, basado en la linelización del mercado en torno al punto de operación, con el que se han podido establecer algunas hipótesis sobre el potencial impacto de cualquiera de estas medidas en el mercado, especialmente las variaciones en la energía y precio casados. A partir del bien conocido efecto de ordenación por mérito de las renovables, este modelo cualitativo se ha utilizado también para describir y establecer lo que podría denominarse efecto de ordenación por mérito de la gestión de la demanda (ahorro energético y desplazamiento temporal de la demanda) y el almacenamiento (tanto desde la generación como desde la demanda). Posteriormente se ha utilizado el que se ha denominado procedimiento de desplazamiento y continuación de las curvas de generación y demanda, desarrollado para este trabajo, que permite simplificar el proceso de optimización del bienestar global (welfare) que conduce a la determinación del punto de equilibrio del mercado (energía y precio casados), la tarea más exigente en cuanto a tiempo de cómputo para el operador del mercado. Con este método se ha llevado a cabo un reanálisis de los datos históricos del mercado español/ibérico desde 2008 a 2015, incorporando las particularidades concretas de los escenarios considerados. Una vez analizado el efecto en el mercado, se estudiaran otro tipo de efectos más generales sobre el sistema eléctrico, los agentes del mercado o el medioambiente, como pueden ser las variaciones en el volumen de emisiones de CO2, las pérdidas técnicas en el sistema de transporte, la cuantificación económica del efecto de ordenación por mérito y de las primas neutras (cuando proceda), así como las transferencias de renta entre los diversos agentes participantes: generadores convencionales y renovables, consumidores, y posibles terceras partes (almacenamiento). El método cualitativo propuesto, basado en la linealización del mercado en torno al punto de casación real, ha permitido establecer una primera evaluación cualitativa del efecto esperable en el mercado de la adopción de cualquier política que conduzca a cualquier clase de variación de la oferta de compra y/o de venta. En esta estimación, las variaciones en las pendientes de las curvas de generación y demanda juegan un papel muy importante. Por todo ello puede decirse que es un instrumento aproximado, pero muy sencillo y rápido de utilizar, lo que lo hace útil como herramienta de análisis preliminar. Esta herramienta ha permitido identificar efectos de mérito ordenado (merit-order effect), aún no descritos en la literatura, asociados al ahorro o eficiencia energética, al desplazamiento temporal de las cargas y el almacenamiento, tanto desde la generación (bombeo) como desde la demanda (baterías). Resulta especialmente destacable el hecho de que haya sido capaz de predecir un ahorro de energía neto cada vez que se realiza un ciclo de desplazamiento temporal de la demanda, resultado tampoco descrito en la literatura. También ha permitido describir el almacenamiento en la demanda (baterías) como una forma de realización del desplazamiento de la carga, sin tener que alterar la programación de la producción de la planta industrial, pero con unos costes de inversión en la batería y un coste de operación, derivado de las pérdidas en el ciclo de carga-descarga. También ha permitido describir el almacenamiento en la generación como una variante de desplazamiento de la carga. Por otra parte, la metodología de continuación y desplazamiento de curvas, propuesta en este trabajo, ha permitido hacer frente al estudio de escenarios plurianuales en tiempos de cómputo abordables, superando los casi impracticables tiempos de cómputo resultantes de la utilización de la metodología Euphemia. Por otra parte, siempre que las variaciones de energía consideradas en los escenarios sea pequeña en comparación con la energía casada en el escenario real de base, no cabe esperar grandes errores derivados del método propuesto, ya que las variaciones se producirán únicamente en las últimas unidades eliminadas o añadidas de las lista de las realmente casadas en el escenario real de partida, que incluye centenares de unidades de compra y venta. Este método de continuación y desplazamiento de curvas ha permitido confirmar, en líneas generales, las hipótesis establecidas con el método cualitativo, basado en la linealización. Ha permitido una cuantificación más precisa de los efectos de ordenación por mérito (merit-order effect) correspondientes al ahorro o eficiencia energética, al desplazamiento de temporal de la carga, al bombeo y al almacenamiento, tanto desde la generación (bombeo) como desde la demanda (baterías). También ha permitido confirmar el ahorro neto de energía que se produce en cada ciclo de desplazamiento temporal de la demanda.

The main effects of the integration of renewable generation on the electricity wholesale market are widely studied in the literature, however, hardly any research effort has been devoted to the analysis of the effects of demand management or storage. This work tries to mitigate this lack by analyzing the effects in the wholesale market of three types of activities: • Integration of renewable generation, that will be used as a reference for comparison • Demand managment (demand response) - Efficiency and energy saving - Load-shifting • Energy storage - From the generation side (pumping hydropower) - From the demand side (bateries). In this work, the source of information used as reference are the hourly generation and demand curves (offered and cleared) corresponding to the Spanish/Iberian market during the period 2008-2015 (70128 hourly cleared prices), retrieved from the historical archive of the Market Operator OMIE). From these, realistic scenarios of integration of renewables, demand management (demand response) and energy storage have been elaborated, in order to study their effects in the market. With this purpose, first, a simple qualitative model, based on the linearization of the market around the point of operation, has been developed. This qualitative model has lead to the establishment of some hypotheses about the potential impact of any of these actions in the market, especially the variations in energy traded and clearing price. This qualitative model has also been used to describe and establish what could be called the merit-order effect of demand management (energy saving and loadshifting) and storage (generation and demand). Subsequently, what has been called the displacement and continuation of the generation and demand curves, developed for this work, has been introduced. This method allows simplifying the process of optimization of the global welfare (welfare) that leads to the determination of the equilibrium point of the Market (traded energy and cleared price), the most demanding task in terms of computation time for the market operator. A reanalysis of the historical data of the Spanish/Iberian market from 2008 to 2015, incorporating the particular particularities of the considered scenarios, has been carried out with this method. Once the effect on the market has been analyzed, other more general effects on the power system, market agents or the environment, such as variations in the volume of CO2 emissions, technical losses in the transmission system, economic quantification of the merit-order effect and neutral premiums (where applicable), as well as income transfers between the various players involved: conventional and renewable generators, consumers, and possible third parties (storage). The proposed qualitative method, based on the linearization of the market around the real marking point, has allowed establishing a first qualitative evaluation of the expected effect in the market of the adoption of any policy that leads to any kind of variation of the purchase and/or sale bids. In this estimation, the variations in the slopes of the generation and demand curves play a very important role. As a result it can be said that it is an approximate instrument, but very simple and fast to use, which makes it useful as a preliminary analysis tool. This tool has lead to identify merit-order effects, not yet described in the literature, associated with energy saving or efficiency, the load-shifting and energy storage (generation and demand). Particularly noteworthy is the fact that it has been able to predict a net energy saving after a cycle of load-shifting, a result still not described in the literature. It has also made it possible to describe the storage on the demand side (batteries) as form of carry out the load-shifting, without having to alter the scheduling of the production of the industrial plant, but with an investment cost in the battery and a operation cost, derived from the losses in the charge-discharge cycle. It has also allowed describing the storage in the generation side as a variant of load-shifting. The methodology of continuation and displacement of curves, proposed in this work, has made it possible to face the study of multiannual scenarios in affordable computation times, surpassing the almost impracticable computation times resulting from the use of the Euphemia methodology. On the other hand, whenever the energy variations considered in the scenarios are small compared to the traded energy in the base (actual) scenario, we can not expect large errors derived from the proposed method, since the variations will occur only in the last units removed or added from the list of the actually cleared in the base real scenario, which includes hundreds of units of purchase and sale. The method of continuation and displacement of curves has allowed confirming, in general lines, the hypotheses established with the qualitative (linear) method. The method has allowed for a more precise quantification of the merit-order effect corresponding to the energy saving or efficiency, the load-shifting, and the storage, both from generation (pumping) and from load (batteries). It has also allowed confirming the net energy saving that occurs in each cycle of loadshifting.