Optimal bidding strategy in the R2 balancing market with wind assets : a practical application to the eneco portfolio

En este proyecto se ha desarrollado un modelo estocástico de optimización cuyo objetivo es optimizar la estrategia de oferta de un participante del mercado de reserva secundaria (R2). El mercado eléctrico se ha modelado siguiendo la estructura y regulación del mercado eléctrico de holandés. Esto es, un mercado con precio uniforme y un sistema de desvíos de precio único y precio dual, dependiendo de la situación.


A lo largo del documento se han desarrollado diferentes estrategías de oferta de reserva, dependiendo de la naturaleza del productor. Entre ellos, se ha estudiado el caso de un productor convencional, un productor con desvíos internos, así como un participante cuyo portfolio está formado por renovables, convencionales y consumidores.


La incertidumbre asociada a los precios del mercado de reserva se ha modelado a través de un conjunto de escenarios, dependientes del precio del mercado spot.


Se ha considerado que el participante es price-maker en el mercado de reservas, es decir, que la estrategía de oferta de reserva tiene un impacto en el equilibrio del mercado. Las metodologías actuales requieren información sobre el comportamiento de los otros participantes o son computacionalmente muy complejas.


El enfoque que presenta este documento está basado en una estimación de la elasticidad de la curva de oferta de reserva agregada. El modelo resultante es un modelo estocástico, cuadrático y convexo con restricciones lineales.
El modelo se ha probado durante el mes de Septiembre de 2017, de manera que se ha comprobado que la solución es estable y se ha llevado a cabo un análisis de sensibilidad sobre la estimación de la elasticidad de la curva de oferta.


Los resultados del test muestran que el modelo es particulamente sensible a la estimación de la elasticidad de la curva de oferta, la cual debería ser sobreestimada en vez de acercarse el valor real.


Finalmente, el modelo se ha aplicado al caso particular de Eneco, para el mes de Septiembre de 2017. Los resutados muestran que el modelo propuesto en este trabajo tiene la capacidad de incrementar los beneficios, en comparación con otras estrategias que se han tomado como referencia.
La diferencia de precios entre la estrategia propuesta y la actual en Eneco muestra que, por lo general, la reserva debería ofrecerse a precios más altos, especialmente la reserva a bajar.

This thesis presents a stochastic optimization model for optimizing the bidding strategy of a participant in the R2 balancing market. The market is modeled according to the Dutch electricity market structure, meaning that the market is cleared under a uniform price scheme, and the imbalance payments are settled under a mixed one-price and two-price system.


Bidding strategies are discussed for a conventional producer, a producer with an internal imbalance as well as for a participant whose portfolio consists on RES, conventional generation and consumers.


The uncertainty regarding market prices has been included through a scenario generation method that uses as input the day-ahead market prices.


The market participant is assumed to be a price-maker on the balancing market. The methods to account for a price-maker effect which are available in the literature, either require knowledge about other participants’ offers or have the risk of being too time consuming.


In this thesis an approach based on an estimation of the price elasticity is proposed. The resulting model is a convex stochastic quadratic optimization problem with linear constraints.
The proposed model has been tested, during the month of September 2017, to determine if it reaches a stable solution, and to test the sensitivity of the expected result against the uncertain parameters such as the price elasticity.


The tests show that the model is particularly sensitive towards the estimation the price elasticity, which should be overestimated rather than been perfectly forecasted.


Finally, a practical case study considering again September 2017, based on market data and the the real Eneco assets information shows the proposed model has the capability of increasing profits compared
to benchmark bidding strategies. The price spread between the proposed strategy and the current one shows that current strategy could be easily adjusted in order to achieve higher profits.