Analyzing electricity market efficiency and impacts of renewable electricity
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Doctoral thesis (article-based)
| Defence date: 2022-12-16
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
82 + app. 78
Series
Aalto University publication series DOCTORAL THESES, 170/2022
Abstract
The EU aims to be climate-neutral by 2050. Achieving net-zero greenhouse gas emissions needsaction in all economic sectors including electricity markets. Electricity market is experiencing a rapid transition to renewable energy especially in the Nordic countries. Although the growing amount of renewables paves the path for climate change mitigation, their effect on market efficiency needs to be studied. Furthermore, in an interconnected multi-national electricity market, local energy policies in one country can affect the other countries. This dissertation examines these possible effects. This dissertation analyses market power potential in the Iranian electricity market as well as in Finland and in the Baltic countries. A new Lerner index is proposed for the pay-as-bid auction. Lerner index and HHI are employed for Finland and the Baltic countries. In addition, the impacts of local energy policies in Finland and Sweden on the neighboring countries are studied in this dissertation. Finland has implemented legislation to phase out coal by 2029. In Sweden, there is an ongoing debate regarding nuclear power. Different scenarios are proposed in this dissertation to analyze the effect of these policies on average electricity prices, CO2 emissions, electricity system cost and electricity trade in Finland, Sweden and the Baltic countries. For this purpose, the models Enerallt and REX are employed to model short-term and long-term future with low CO2 emissions. In the short-term, coal and peat in Finland are replaced with biomass while for 2050, a growing amount of wind power is employed. International transmission expansion is also considered in scenarios for 2050. The results indicate that in Iran market power potential increases during off-peak hours. In Finland, HHI and Lerner index values show that increasing wind power in the electricity market mostly results in less market power potential. However, for the Baltic countries despite the significant entrance of wind power in electricity market, they have a highly concentrated market. Results from analyzing the effects of local policies in interconnected markets on the neighboring countries show that national-level policies have impact on wider regions. In the short-term, phasing out coal in Finland may lead to increased electricity import from the wider Nordic market area and even outside it, mostly from regions with carbon-intensive generation. With this policy, among the studied countries only Finland will face a decrease in CO2 emissions in the region, while the rest of the countries will see a small increase. However, the long-term transition to very low CO2 emissions from the electricity production can benefit the Baltic countries. International transmission expansion by 2050 can provide the Baltic countries with an opportunity to have electricity sufficiency and export more electricity. Achieving this needs significant new investments in wind power capacity.EU:n tavoitteena on olla ilmastoneutraali vuoteen 2050 mennessä. Kasvihuonekaasupäästöjen nollataso edellyttää toimia kaikilla talouden aloilla, mukaan lukien sähkömarkkinat. Sähkömarkkinat ovat siirtymässä nopeasti uusiutuvan energian käyttöön erityisesti Pohjoismaissa. Vaikka uusiutuvan energian lisääntyvä määrä tasoittaa tietä ilmastonmuutoksen hillitsemiselle, sen vaikutusta markkinoiden tehokkuuteen on tutkittava. Lisäksi yhteen liitetyillä monikansallisilla sähkömarkkinoilla yhden maan paikalliset energiapolitiikan toimet voivat vaikuttaa muihin maihin. Tässä opinnäytetyössä tarkastellaan näitä mahdollisia vaikutuksia. Tässä väitöskirjassa analysoidaan markkinavoimapotentiaalia Iranin sähkömarkkinoilla sekä Suomessa ja Baltian maissa. Uutta Lerner-indeksiä ehdotetaan tarjoushinta-huutokauppaan. Lerner-indeksiä ja HHI-indeksiä käytetään Suomen ja Baltian tilanteiden analysointiin. Lisäksi tässä työssä tutkitaan Suomen ja Ruotsin kansallisten energiasektorin politiikkatoimien vaikutuksia naapurimaihin. Suomi on saattanut voimaan lain kivihiilen energiakäytöstä luopumisesta vuoteen 2029 mennessä. Ruotsissa käydään parhaillaan keskustelua ydinvoimasta. Tässä työssä ehdotetaan eri skenaarioita analysoimaan näiden politiikkatoimien vaikutusta sähkön keskihintaan, hiilidioksidipäästöihin, sähköjärjestelmäkustannuksiin ja sähkökauppaan Suomessa, Ruotsissa ja Baltian maissa. Tätä tarkoitusta varten Enerallt- ja REX-malleilla on mallinnettu lyhyen ja pitkän aikavälin tulevaisuutta alhaisilla CO2-päästöillä. Lyhyellä aikavälillä kivihiili ja turve korvataan Suomessa biomassalla, kun taas vuodelle 2050 tuulivoimaa käytetään yhä enemmän. Myös maiden välisen voimansiirron laajentamista tarkastellaan vuoden 2050 skenaarioissa. Tulokset osoittavat, että Iranissa markkinavoimapotentiaali kasvaa kulutuksen päivittäisten huipputuntien ulkopuolella. Suomessa HHI- ja Lerner-indeksien arvot osoittavat, että tuulivoiman lisääminen sähkömarkkinoilla johtaa useimmiten pienempään markkinavoimapotentiaaliin. Baltian maiden markkinat ovat kuitenkin erittäin keskittyneet huolimatta tuulivoiman merkittävästä saapumisesta sähkömarkkinoille. Paikallisten politiikkatoimien vaikutusten analysointi yhteenliitetyillä markkinoilla naapurimaissa osoittaa, että kansallisen tason politiikalla on vaikutusta laajemmille alueille. Lyhyellä aikavälillä kivihiilen käytön lopettaminen Suomessa voi johtaa sähkön tuonnin lisääntymiseen pohjoismaiselta markkina-alueelta ja jopa sen ulkopuolelta, pääosin hiilidioksidi-intensiivisiltä alueilta. Tässä tilanteessa tutkituista maista vain Suomen CO2-päästöt vähenevät, kun taas muissa alueen maissa päästöt kasvavat hieman. Toisaalta pitkän aikavälin siirtyminen erittäin alhaisiin hiilidioksidipäästöihin sähköntuotannosta voi hyödyttää Baltian maita. Kansainvälisen siirtoverkon vahvistaminen vuoteen 2050 mennessä voi tarjota Baltian maille mahdollisuuden sähkön parempaan omavaraisuuteen ja sähkön viennin lisäämiseen. Tämä vaatii kuitenkin merkittäviä uusia investointeja tuulivoimakapasiteettiin.Description
Supervising professor
Syri, Sanna, Prof., Aalto University, Department of Mechanical Engineering, FinlandThesis advisor
Syri, Sanna, Prof., Aalto University, Department of Mechanical Engineering, FinlandOther note
Parts
-
[Publication 1]: Nazemi, Ali; Farsaei, Anahita; Khalil Moghaddam, Shadi. 2016. Estimating market power by introducing a new Lerner index in the Iranian electricity market. Energy Sources Part B: Economics, Planning and Policy, volume 11, NO. 9, pages 882-888.
DOI: 10.1080/15567249.2015.1137997 View at publisher
-
[Publication 2]: Hansson, Helena; Farsaei, Anahita; Syri, Sanna. 2020. Wind power impact on market power on the Finnish electricity market. 17th International Conference on the European Energy Market (EEM), Stockholm, Sweden, pages 1-5.
DOI: 10.1109/EEM49802.2020.9221958 View at publisher
-
[Publication 3]: Coccia, Alessio; Farsaei, Anahita; Syri, Sanna. 2020. The impact of wind power on electricity market competition in the Baltic countries. 17th International Conference on the European Energy Market (EEM), Stockholm, Sweden, pages 1-6.
DOI: 10.1109/EEM49802.2020.9221932 View at publisher
-
[Publication 4]: Farsaei, Anahita; Syri, Sanna; Olkkonen, Ville; Khosravi, Ali. 2020. Unintended Consequences of National Climate Policy on International Electricity Markets—Case Finland’s Ban on Coal-Fired Generation. MDPI. Energies, volume 13, issue 8, 1930. pages 1-22.
Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202004302981DOI: 10.3390/en13081930 View at publisher
-
[Publication 5]: Farsaei, Anahita; Olkkonen, Ville; Kan, Xiaoming; Syri, Sanna. 2021. Electricity market impacts of low-carbon energy transition in the Nordic-Baltic region. Journal of Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems, Article in press. pages 1-24.
Full text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202207014361DOI: 10.13044/j.sdewes.d9.0407 View at publisher