Βελτιστοποίηση αγορών ενέργειας με ισχυρή διείσδυση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας
Authors: Τσιμόπουλος Ευάγγελος 
Published: September 2021

Η παρούσα εργασία μελετά τη στρατηγική συμπεριφορά μιας εταιρίας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με δεσπόζουσα θέση στην αγορά. Η εταιρία εξασκεί την θέση ισχύος της μέσω στρατηγικών συγκράτησης παραγωγής και αύξησης τιμών προσφορών καθώς και με στρατηγικές που σχετίζονται με τη μεταφορά ενέργειας σκοπό την αποφυγή απώλειας κέρδους. Έτσι με βάση τις υποθέσεις του οικονομικού μοντέλου του Stackelberg, αναπτύσσουμε αρχικά ένα στοχαστικό διεπίπεδο μοντέλο. Το άνω επίπεδο του μοντέλου μεγιστοποιεί τα προσδοκώμενα κέρδη της εταιρίας ενώ το κάτω επίπεδο του μοντέλου ελαχιστοποιεί το κόστος του συστήματος. Η εκκαθάριση των αγορών γίνεται μέσω στοχαστικού προγραμματισμού δύο σταδίων. Το πρώτο στάδιο εκκαθαρίζει την προ ημερήσια αγορά καθορίζοντας την προγραμματισμένη παραγωγή θερμικών και ΑΠΕ καθώς και την τιμή της. Το δεύτερο στάδιο εκκαθαρίζει την αγορά εξισορρόπησης λαμβάνοντας υπόψιν την αβεβαιότητα της αιολικής παραγωγής μέσω πιθανών σεναρίων παραγωγής και καθορίζει εφεδρείες για την ισορροπία του συστήματος και προσδοκώμενες τιμές εκκαθάρισης της. Κατόπιν, το διεπίπεδο μοντέλο επεκτείνεται για μια εταιρία με δεσπόζουσα θέση στην αγορά που διαχειρίζεται θερμικό και αιολικό ενεργειακό χαρτοφυλάκιο. Και τα δύο μοντέλα μετασχηματίζονται σε μοντέλα μαθηματικού προγραμματισμού με περιορισμούς ισορροπίας (MPEC) αντικαθιστώντας το κάτω μέρος των διεπίπεδων μοντέλων με τη χρήση των KKT συνθηκών βελτιστοποίησης. Κατόπιν διατυπώνουμε τις KKT συνθήκες συμπληρωματικότητας με τη χρήση διαζευκτικών περιορισμών ανασχεδιάζοντας τα MPEC μοντέλα σε μοντέλα μεικτού ακέραιου γραμμικού προγραμματισμού. Η επίλυση των μοντέλων μας δίνει τη δυνατότητα να: 1) προσδιορίσουμε τις στρατηγικές προσφορών ενός παραγωγού ηλεκτρικής ενέργειας που συμμετέχει μαζί με άλλους συμβατικούς και αιολικής ενέργειας παραγωγούς σε ένα χρηματιστήριο ενέργειας. 2) λάβουμε οριακές τιμές συστήματος για την προ ημερήσια αγορά και την αγορά εξισορρόπησης σαν δυικές μεταβλητές των περιορισμών ισοζυγίου ισχύος. 3) εξετάσουμε τη δυνατότητα arbitrage μεταξύ προ-ημερήσιας και ημερήσιας αγοράς με βάση τον πιο κερδοφόρο συνδυασμό ζεύγους προσφορών ποσότητας και τιμής. 4) καθορίσουμε την επίδραση των στρατηγικών προσφορών σε συνθήκες αβεβαιότητας οριακών τιμών ζώνης και να εκτιμήσουμε τις οικονομικές επιπτώσεις στους συμμετέχοντες. Στη συνέχεια για να μελετήσουμε την αλληλεπίδραση μεταξύ παραγωγών με στρατηγική συμπεριφορά χρησιμοποιούμε το εκτεταμένο διεπίπεδο μοντέλο και το μετασχηματίζουμε σε MPEC μοντέλο με τη μορφή κύριου-δυικού σχηματισμού για κάθε παραγωγό. Η κοινή επίλυση όλων των MPEC συνιστά ένα μοντέλο προγραμματισμού ισορροπίας με περιορισμούς ισορροπίας (EPEC). Στη συνέχεια και εφαρμόζοντας διαφορετικές αντικειμενικές συναρτήσεις για να προσδιορίσουμε το εύρος των πιθανών ισορροπιών της αγοράς γραμμικοποιούμε το μοντέλο και επαληθεύουμε τις έγκυρες λύσεις του με τη χρήση μεθόδου σύγκλισης μιας επανάληψης. Το μοντέλο επιλύει διάφορα συστήματα εξετάζοντας: 1) τις Nash ισορροπίες υπό έντονο, χαλαρό και μονοπωλιακό ανταγωνισμό. 2) τον καθορισμό τιμών εκκαθάρισης της αγοράς λαμβάνοντας υπόψιν την αβεβαιότητα της αιολικής παραγωγής. 3) την επίδραση α) της αυξανόμενης διείσδυσης της αιολικής ενέργειας, β) της μεταβλητότητα της καθώς και γ) της συμφόρηση των γραμμών μεταφοράς ενέργειας στα προσδοκώμενα κέρδη των παραγωγών.