Optimum bidding strategy for wind and solar power plants in day-ahead electricity market
Rüzgar ve güneş santralleri için gün öncesi elektrik piyasasında optimum teklif stratejisi
Yazar: MEHMET ÖZCAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ OZAN KEYSAN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ BENHÜR SATIR
Orta Doğu Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Yer Sistem Bilimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik üretilmesine ilişkin olarak ana zorluk yenilebilir enerji kaynaklarının üretimlerinin stokastik bir yapıya sahip olmasından kaynaklı olarak kesintili olmasıdır. Bu durum gün içi piyasalarında dengesizlik maliyetlerine sebebiyet vermekte ve üretivciler arasında işbirliği imkanlarını gündeme getirmektedir. Dengesizlik maliyetleri söz konusu olduğunda, rüzgar güç santralleri ve güneş güç santrallerinin gün öncesi piyasasında gelirlerini arttırabilmeleri için 2 farklı strateji mümkündür: dengeleme grupları oluşturulması suretiyle ortak teklif verilmesi ve depolama teknolojilerinden faydalanılması. Literatürde işbirliğine dayalı ortak teklif verilmesi stratejisi ile depolama teknolojileri kullanılması stratejilerinin karşılaştırmalı olarak analiz edildiği çalışmalar son derece kısıtlıdır. Dengeleme sorumluluğu altında, sözkonusu stratejilerin karşılaştırmalı analizi bu çalışmanın literature ana katkılarından birisidir. Diğer katkı ise düzenleyici kurum tarafından uygulamaya konulan farklı düzenleyici yaklaşımların toplam gelire olan etkisinin ortaya konmasıdır. Farklı işbirliği gruplarını kapsayacak şekilde geliştirilen ortak teklif modeli, ilk stratejinin analizi için; depolama teknolojilerinin kullanımını kapsayan batarya kullanım modeli ise ikinci stratejinin analizi için geliştirilmiştir. Her bir stratejinin gelire olan etkisi analiz edilmiştir. Modellerin sonuçları analiz edildiğinde düzenleyici yaklaşıma duyarlı olan ilk stratejinin işbirliği gruplarının toplam gelirlerine %0.65 oranına ulaşan oranlarda artış sağladığı, ikinci stratejinin ise finansal olarak uygulanabilir olmadığı görülmüştür. Diğer taraftan, her bir MW batarya kullanımının güneş santrali için 400 dolar/MW-yıl gelir sağladığı, 15 adet rüzgar güç santrali için bu ilave gelirin 2,460 ile 6,795 dolar/MW-yıl aralığında olduğu görülmüştür. Dolayısıyla, bataryanın rüzgar güç santraleri için kullanımı güneş santrallerine göre 10 kattan daha fazla ilave gelir imkanı yaratmaktadır. İkinci stratejinin uygulanabilir olması için seviyelendirilmiş batarya maliyetlerinin, bahsi geçen ilave gelirlerin altına inmesi gerekmektedir.

Abstract:
The main challenge related to the trade of electricity from renewable energy sources is their intermittency due to stochastic nature of their generation output. This leads to the imbalance cost in day ahead markets (DAM) and raise the concerns for collaboration. There are 2 possible strategies for wind power plants (WPPs) and solar power plants (SPPs) to maximize their income in day ahead markets (DAM) in the presence of imbalance cost: Joint Bidding (JB) via collaboration by participating to balancing groups and deployment of storage technologies. There are limited studies in the literature covering the comparative analysis of "collaborative joint bidding strategy" with "battery deployment strategy". In the existence of balancing responsibility, the comparative analysis of these strategies is the main contribution of this study to the literature. Second contribution is the analysis of the impact of different regulatory regimes, which are set by the regulatory authority, on total income. Joint Bidding Model, which is the model for joint bidding via different collaboration groups, is developed for the analysis of first strategy, Battery Deployment Model, which is the model covering the deployment of storage technology, is developed for the analysis of second strategy. The impact of each strategy on total income is analyzed. According to the analysis of the results of the models, while the first strategy, which is sensitive to the regulatory regime, increases the total annual income of the collaboration groups up to 1.38%, second strategy seems not feasible and financially viable. On the other hand, extra income values per MW of battery for SPP is between $218 and $400 /MW-year, while these values are between $2,460-$6,795/MW-year for the group of 15 WPPs.  Therefore, deployment of battery for WPPs creates extra income more than 10 fold of that of SPP. Second strategy can be viable if the levelized cost of deployment of battery drops below the extra income values achieved per MW of battery.