Analysis and Modelling of the Balancing Energy Market in the Nordics and Finland

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2023-06-12
Department
Major/Subject
Sustainable Energy Systems and Markets
Mcode
ELEC3048
Degree programme
Master's Programme in Advanced Energy Solutions
Language
en
Pages
48
Series
Abstract
The balancing energy market is the last of multiple markets that ensure the equilibrium of electricity production and demand. It is the mechanism through which mFRR activations are procured and balances the power system within the operational hour. This thesis analyses the market design and turnout to establish a description of the balancing energy market, how does its turnout behave, and how can it be modelled. First, a literature review establishes the market rules, main design parameters and key stakeholders in the Nordic balancing energy markets, as well as main future drivers of change. Then, the characteristics of the Finnish market turnout during 2018-2022 are described with statistical data analysis. Finally, a modelling methodology for volume and premium is proposed for long-term scenario generation purposes. The balancing energy market is a real-time market with asymmetrical, marginal pricing. The Nordic synchronous grid has a common merit order with multiple market areas. The three main market actors are the System Operators, the Balancing Service Providers, and the Balancing Responsible Parties. Future drivers include planned market reforms and increasing electricity demand and variable renewable energy. The analysis shows a small market, with a growing trend in both volume and premium. Seasonality was detected at hourly and monthly level. Volume was found to be distributed consistent to a random variable. Correlations were discovered between volume and premium, but also to day-ahead price and interconnector usage, and a weak but increasing correlation to wind power. No significant increase in correlation was detected when comparing the Finnish versus Nordic level of variables. The proposed model performs acceptably when compared to historic data but does not capture all characteristics of the turnout. Further research is proposed to better capture the characteristics of the balancing energy market.

Säätösähkömarkkinat ovat mFRR:n hankintamekanismi, millä vastataan sähköjärjestelmän tasapainottamisesta operatiivisen tunnin aikana. Se on näin ollen ajallisesti viimeinen osa sähkömarkkinoiden ketjua, jolla varmistetaan sähköntuotannon tasapaino kysynnän ja tuotannon välillä. Diplomityö tutkii markkinan rakennetta ja toteumaa luodakseen kuvauksen säätösähkömarkkinoista, sen käyttäytymisestä ja mallinnusmahdollisuuksista. Kirjallisuuskatsaus määrittelee pohjoismaisten markkinoiden rakenteen ja säännöt, sidosryhmät ja tulevaisuuden ajurit. Tilastollisen analyysin avulla kuvataan vuosien 2018 -2022 toteumaa Suomen markkina-alueella. Lopuksi markkinapreemiolle ja volyymille luodaan malli pitkän aikavälin skenaarioiden luomiseksi. Säätösähkömarkkinat ovat reaaliaikaiset, asymmetrisesti ja marginaalisesti hinnoitellut markkinat. Pohjoismaisella synkronijärjestelmällä on yhteinen tarjouslista, mutta useita markkina-alueita. Markkinoilla operoi järjestelmäoperaattorit, reservioperaattorit sekö tasetasevastaavat. Markkinoiden tulevaisuuden ajurit ovat markkinauudistukset sekä lisääntyvä kysyntä ja uusiutuva vaihteleva tuotanto. Analyysin perusteella markkina on pieni mutta kasvava. Kausiluonteisuutta esiintyy tunti- ja kuukausitasolla. Volyymi on satunnaisesti jakautunutta. Volyymi ja preemio korreloivat keskenään, sekä vuorokausihintojen ja siirtoyhteyksien käyttöasteen kanssa. Tuulivoima korreloi heikosti mutta enenevin määrin toteuman kanssa. Pohjoismaiden tasoinen tarkastelu ei lisännyt korrelaatio verrattuna Suomen laajuiseen tarkasteluun. Ehdotettu malli toimii tyydyttävällä tasolla, mutta ei mallinna kaikkia toteuman ominaisuuksia. Jatkotutkimukseksi ehdotetaankin mallin suoriutumisen parantamiseksi.
Description
Supervisor
Pourakbari Kasmaei, Mahdi
Thesis advisor
Semkin, Nikita
Keywords
electricity markets, balancing energy, reserve markets, mFRR
Other note
Citation