Impact of mandatory capacity pricing on balancing groups with high shares of variable renewable electricity generation

Abstract

Das niedrige Preisniveau am Energy-Only-Markt gefährdet die Profitabilität bereits bestehender Kraftwerke und vermindert dadurch Anreize für die Installation von neuen, zusätzlichen Kraftwerkskapazitäten. Kapazitätsmechanismen könnten jedoch solche Anreize schaffen. Ziel dieser Arbeit ist es aus Sicht zweier fiktiver Bilanzgruppen zu klären, wie diese ihr Leistungsdefizit, unter Berücksichtigung verschiedener Kapazitätsoptionen und deren Wirtschaftlichkeit, decken, wenn verpflichtende Kapazitätsmechanismen auf die Bilanzgruppen wirken. Das verwendete Modell basiert auf einem linearen Optimierungsproblem, welches die jährlichen durch die Deckung des Leistungsdefizits anfallenden Gesamtkosten einer Bilanzgruppe minimiert. Die Leistungsdeckung kann durch einen Zukauf am Kapazitätsmarkt, aber auch durch die Installation zusätzlicher Erzeugungseinheiten, wie Gaskraftwerke, PV-Anlagen, Windkraftanlagen und Stromspeicher, erfolgen. Die Ergebnisse zeigen, dass Installationen in zusätzliche Kraftwerkseinheiten in beiden Bilanzgruppen dann dominieren, wenn der Kapazitätspreis das Zweifache der Annuität eines GuD-Kraftwerks übersteigt. Der geeignete Kapazitätspreis ist jedoch von der jährlichen Überschusserzeugung der jeweiligen Bilanzgruppe abhängig. Die zusätzlichen Installationen werden von GuD-Kraftwerken dominiert. Energiespeicher unterstützen die Lastdeckung nur in Bilanzgruppen mit hohem Erzeugungsüberschuss. Weder erneuerbare Energien noch Gasturbinen-Kraftwerke werden aufgrund ihrer höheren Kosten vom Modell zur Lastdeckung herangezogen. Diese Arbeit betrachtet jeweils nur eine einzelne Bilanzgruppe. Für nachfolgende Arbeiten wäre es interessant, die Interaktion mehrerer Bilanzgruppen zu implementieren um mögliche Gleichzeitigkeitsfaktoren berücksichtigen zu können.

Low price levels of the energy-only-market endanger the profitability of already operating power plants and hence reduce incentives for investments in new generation capacities. However, capacity mechanisms might provide such incentives. The aim of the thesis is to clarify how two fictitious balancing groups, in consideration of different capacity capturing options and their economic feasibility, cover their load deficit in case mandatory capacity mechanisms and therefore capacity prices are implemented. The analysis is based on a linear optimisation problem that gives the cost-minimal solution for the additional installation of capacities of a single, predefined balancing group to cover its load deficit. The model can choose from different options like purchasing the needed capacity from the capacity market or building new power capacities such as gas power plants, wind parks, photovoltaic systems or energy storages. The results show that the installation of new generation facilities is dominant at the time when the capacity price exceeds twice the annuity of a combined cycle gas turbine. However, an adequate capacity price highly depends on the annual excess generation in the respective balancing group. Additional installations are dominated by combined cycle gas turbines. Energy storages only support the covering of the load deficit if high excess generation is available in the corresponding balancing group. Due to higher costs neither renewables nor gas turbine power plants are considered for additional installations by the model. As only a single balancing group is analysed further studies should investigate the interaction of different balancing groups to clarify possible simultaneity effects.