Strategic Responses to Electricity Market Imbalances: A Case Study of Öresundskraft's Financial and Environmental Optimization

Abstract

In 2021, combined heat and power plants accounted for 9 % of the electricity production in
Sweden. However, Swedish combined heat and power plants plan their production based on
the demands of the district heating network. In instances of unforeseen disruptions affecting
production, priority is given to meeting heating demand. Consequently, electricity generation
and the management of imbalances towards the electricity market become secondary. The
purpose of this master’s thesis is to investigate how different actions to manage imbalance
compared to the day-ahead market affect Öresundskraft. The study compares the costs and
revenues associated with the production of heat and electricity, as well as the amount of
carbon dioxide equivalents that the different alternatives entail. This to highlight the
importance of trading on the electricity market if unexpected situations leading to imbalances
occur.
Two different scenarios are analyzed; sudden loss of production facility and forecast error.
Within each scenario, multiple strategies are evaluated, resulting in varying costs, revenues
and carbon dioxide emissions. Furthermore, the study explores the potential effects of
integrating a 20 MW and 20 MWh battery into the system. Utilizing historical data from 2022
and 2023, modelling and optimization are conducted using Energy Optima. Energy Optima is
a software which optimizes production plans based on economic viability.
The results indicate that, in most instances, active participation on the intraday market proves
economical advantageous. In some cases, it was equally advantageous to let the imbalance go
to the balancing market, as the prices on both markets were approximately the same.
Nevertheless, the balancing market is a more uncertain market, akin gambling, making it
undesirable to plan to trade there instead of acting on the intraday market if possible.
Moreover, the analysis reveals that the introduction of a 20 MW and 20 MWh battery has a
negligible impact on addressing unforeseen production unit losses, although alternative
applications such as ancillary services may be viable. Even from an environmental
perspective, it is advantageous to be active on the electricity markets, compared to other
analyzed strategies, since it leads to less emissions of carbon dioxide equivalents. In
summary, the study concludes that active involvement on the intraday market is the most
reliable and advantageous approach, both economically and environmentally.

Popular Abstract (Swedish)

Bakom våra varma element och eluttagens pålitliga strömförsörjning står svenska kraftvärmeverk för 47 % av värmeproduktionen och 9 % av elproduktionen. När dessa verk stannar eller behöver underhåll, förblir vi trygga tack vare företagens ansvar att leverera stabil el och värme. Denna rapport utforskar hur elmarknaderna kan användas för att hantera produktionsutmaningar. Studier visar att genom att vara aktiv på elmarknaderna så kan man både spara pengar och minska koldioxidutsläppen.

Att vi har värme i elementen och el i uttagen är något som gemene man tar för givet, men bakom kulisserna står svenska kraftvärmeverk för 47 % av värmeproduktionen och 9 % av elproduktionen. När ett kraftvärmeverk går sönder eller måste underhållas så sitter vi inte och hackar tänder eller blir utan el i uttagen. Företagen som äger och ansvarar för el- och fjärrvärmeproduktionen har ett ansvar att leverera rätt mängd el och värme ut i näten. Det finns olika sätt att hantera att till exempel ett kraftvärmeverk går sönder. Att handla på elmarknaderna, mer specifikt intradagmarknaden, vilket är en elmarknad där man kan köpa och sälja el under samma dag som den ska levereras, är något som vi har studerat i denna rapport. Olika strategier för att leverera rätt mängd el, trots produktionsbortfall, har undersökts och utvärderats baserat på kostnader och koldioxidutsläpp. Vi gjorde detta arbetet i samarbete med Energy Opticon, ett energiföretag vars huvudprodukt är en optimeringsprogramvara för el och fjärrvärmeproducenter, och Öresundskraft som har flertalet produktionsanläggningar i nordvästra Skåne.

Energy Optima 3, programvaran utvecklad av Energy Opticon, användes för att testa olika handlingsalternativ på historiska fall då el- och fjärrvärmeproduktionen minskat i Helsingborg. Samma programvara användes för att jämföra koldioxidutsläppen för de olika handlingsalternativen för att se vilket som var minst påfrestande för miljön. För den intresserade så var de olika handlingsalternativen som vi undersökte att 1: Handla på intradagmarknaden 2: använda ett annat verk för att kompensera för förlorad produktion 3: Handla på balansmarknaden eller 4: Använda ett batteri för att tillfälligt kompensera för den förlorade produktionen.

Vår studie resulterade i att det oftast är ekonomiskt fördelaktigt för Öresundskraft att vara aktiv på intradagmarknaden. Samma handlingsalternativ visade sig även vara minst påfrestande för miljön. I vissa fall var det lika fördelaktigt att låta obalansen hanteras på balansmarknaden, men denna marknad innebär större osäkerhet och kan nästan liknas vid gambling. Användningen av ett batteri hade begränsad inverkan vid oväntat bortfall av produktionsenheter, men det finns potential för andra användningsområden som stödtjänster.

• author: Persson, Jakob and Efsing, Tove
• supervisor: Marcus Thern
• organization: Department of Energy Sciences
• course: MVKM01 20241
• year: 2024
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• report number: LUTMDN/TMHP-24/5574-SE
• ISSN: 0282-1990
• language: English
• id: 9164478
• date added to LUP: 2024-06-17 14:46:26
• date last changed: 2024-06-17 14:46:26