Optimization of energy markets with integration of sustainable policies
Authors: Δημητριάδης Χρήστος 
Published: April 2024

Τις τελευταίες δεκαετίες, ο κλάδος της ηλεκτρικής ενέργειας έχει βιώσει εντυπωσιακές μεταρρυθμίσεις και προόδους, με πιο σημαντική από αυτές να είναι η απελευθέρωση των αγορών ενέργειας από μια κεντρική λειτουργική προσέγγιση σε ένα ανταγωνιστικό μοντέλο. Ουσιαστικά, ο συνδυασμός της απελευθέρωσης της αγοράς ενέργειας και των πολιτικών βιωσιμότητας δημιουργεί ένα περιβάλλον όπου οι δυνάμεις της αγοράς καθοδηγούν την υιοθέτηση καθαρότερων, πιο αποδοτικών μορφών παραγωγής ενέργειας. Η παρούσα διατριβή εξετάζει την ανάπτυξη μοντέλων βελτιστοποίησης για την ενσωμάτωση πολιτικών βιωσιμότητας και την εξέταση της στρατηγικής συμμετοχής των παραγωγών ηλεκτρικής ενέργειας στις σύγχρονες αγορές ενέργειας. Πιο συγκεκριμένα, αρχικά εξετάζεται η στρατηγική συμμετοχή ενός ιδιοκτήτη δύο μονάδων αποθήκευσης στις αγορές ενέργειας και εφεδρειών, υπό αβεβαιότητα στην παραγωγή αιολικής ενέργειας. Ένα διεπίπεδο μοντέλο αναπτύσσεται, με το πρόβλημα του άνω επιπέδου να έχει ως στόχο τη μεγιστοποίηση του κέρδους που αναμένεται για τον ιδιοκτήτη μονάδων αποθήκευσης, ενώ το πρόβλημα του κάτω επιπέδου αντιπροσωπεύει τη διαδικασία εκκαθάρισης της αγοράς σε δύο στάδια. Το προτεινόμενο μαθηματικό πλαίσιο εφαρμόζεται σε ένα ηλεκτρικό δίκτυο 6 κόμβων και εξετάζει τις δυνητικές ευκαιρίες εξισορροπητικής κερδοσκοπίας για τον ιδιοκτήτη συστημάτων αποθήκευσης, υπό σενάρια αύξησης της παραγωγής αιολικής ενέργειας και πιθανές περιπτώσεις συμφόρησης στις γραμμές μεταφοράς ενέργειας του δικτύου. Στη συνέχεια, παρουσιάζεται ένα στοχαστικό πλαίσιο βελτιστοποίησης μεικτού ακέραιου γραμμικού προγραμματισμού για τη μελέτη της βέλτιστης συμμετοχής και την οικονομική ανάλυση διάφορων τεχνολογιών αποθήκευσης ενέργειας, όπως το συστήματα αντλησιοταμίευσης, προηγμένα αδιαβατικά και διαβατικά συστήματα συμπίεσης αέρα και μπαταρίες ιόντων λιθίου, σε συζευγμένη αγορά ηλεκτρικής ενέργειας και φυσικού αερίου υπό συνθήκες τέλειου ανταγωνισμού. Το πλαίσιο εκκαθάρισης αφορά μόνο αγορές ενέργειας, με στόχο τη βέλτιστη κατανομή και τη μεγιστοποίηση του κοινωνικού πλεονάσματος για το ενοποιημένο ενεργειακό σύστημα, μέσω ενός μοντέλου στοχαστικού προγραμματισμού δύο σταδίων. Η στρατηγική συμμετοχή μιας μονάδας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με χρήση φυσικού αερίου (GFPP), ασκώντας ισχύ (market power) στις συζευγμένες αγορές ηλεκτρικής ενέργειας και φυσικού αερίου που βασίζονται σε ωριαίες δημοπρασίες, με ενσωμάτωση της αγοράς δικαιωμάτων εκπομπών άνθρακα, αποτελεί τον τρίτο θεματικό τομέα αυτής της διατριβής. Αναπτύσσεται ένα νέο διεπίπεδο μοντέλο όπου το πρόβλημα του άνω επιπέδου στοχεύει στο να μεγιστοποιήσει τα κέρδη του στρατηγικού παίκτη, ενώ στο πρόβλημα του κάτω επιπέδου, οι αγορές ηλεκτρικής ενέργειας και φυσικού αερίου εκκαθαρίζονται διαδοχικά για την υπό εξέταση ημέρα, λαμβάνοντας υπόψη την έκδοση αδειών εκπομπής άνθρακα για τους συμβατικούς παραγωγούς ηλεκτρικής ενέργειας και την υψηλή διείσδυση της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από αιολικά πάρκα. Οι βέλτιστες στρατηγικές συναλλαγών για ένα στρατηγικό φορέα σωρευτικής εκπροσώπησης (ΦοΣΕ) ανανεώσιμης ενέργειας, που κατέχει κυρίαρχη θέση στην κοινή αγορά ηλεκτρικής ενέργειας και πράσινων πιστοποιητικών, αντιμετωπίζονται στο τελευταίο μέρος αυτής της διατριβής. Στο πρόβλημα του άνω επιπέδου της διεπίπεδης μαθηματικής διατύπωσης, ο στρατηγικός ΦοΣΕ ανανεώσιμης ενέργειας στοχεύει στο να μεγιστοποιήσει τα κέρδη του, ενώ τα δύο προβλήματα του κάτω επιπέδου αντιπροσωπεύουν τον διαδοχικό μηχανισμό εκκαθάρισης της αγοράς επόμενης ημέρας ηλεκτρικής ενέργειας και πράσινων πιστοποιητικών αντίστοιχα. Οι αριθμητικές προσομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν καθορίζουν τις τιμές εκκαθάρισης ηλεκτρικής ενέργειας και πράσινων πιστοποιητικών και το βέλτιστο σχέδιο συναλλαγών για το στρατηγικό ΦοΣΕ ανανεώσιμης ενέργειας, υπό πιθανές συμφορήσεις στο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας.