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Le rôle évolutif des batteries sur les marchés de l'électricité

Les batteries redéfinissent les marchés de l'électricité en équilibrant l'offre et la demande.

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Les Marchés de l'Électricité connaissent de grands changements alors que nous essayons d'inclure davantage de sources d'énergie renouvelable, comme le solaire et l'éolien. En même temps, les Batteries deviennent des acteurs clés pour garantir un Approvisionnement constant en électricité. Cela soulève une question importante : Comment les batteries fonctionnent-elles dans ces marchés, et comment leur comportement affecte-t-il les décisions du marché ?

Le rôle des batteries

Les batteries aident à équilibrer l'offre et la Demande d'électricité. Elles stockent de l'énergie lorsqu'il y en a trop, comme pendant les journées ensoleillées lorsque la production solaire est élevée, et la libèrent lorsque la demande est élevée, comme le soir lorsque les gens rentrent chez eux après le travail. Ce faisant, les batteries peuvent aider à prévenir les coupures de courant et à maintenir des coûts énergétiques stables.

Alors que davantage de batteries sont ajoutées au marché, leur mode de fonctionnement impacte les prix et la disponibilité de l'électricité. Contrairement aux centrales électriques traditionnelles, qui ont des productions fixes, les batteries peuvent ajuster leur décharge en fonction des besoins du marché. Cela peut poser des défis, en particulier lorsque de nombreuses batteries essaient de prendre des décisions de manière indépendante.

Défis dans l'approvisionnement en électricité

La demande d'électricité ne correspond pas toujours à l'offre des sources renouvelables. Par exemple, la production d'énergie solaire diminue la nuit. Pendant les heures de pointe, la demande peut dépasser l'offre, entraînant une augmentation des prix. Traditionnellement, des centrales électriques qui peuvent répondre rapidement, connues sous le nom de centrales "de pointe", sont utilisées pour répondre à cette demande. Cependant, ces centrales sont généralement coûteuses et contribuent à la pollution.

Pour y remédier, nous devons améliorer les options de stockage d'énergie. Les batteries constituent une solution prometteuse car elles peuvent se charger pendant les périodes de faible demande et libérer de l'énergie lorsque cela est nécessaire. Avec l'avancement de la technologie des batteries et la baisse des coûts, de nombreuses régions utilisent désormais des batteries pour gérer leur approvisionnement énergétique.

Comportement des batteries sur le marché

Alors que de plus en plus de batteries entrent sur le marché, notamment dans des endroits comme la Californie et le Texas, comprendre leur comportement devient essentiel. Les batteries peuvent agir dans leur propre intérêt, ce qui ne s'aligne pas toujours sur les meilleurs intérêts du marché dans son ensemble. Nous pouvons observer deux principales manières dont les batteries peuvent fonctionner :

  1. Batteries centralisées : Dans ce scénario, un opérateur de système contrôle l'utilisation des batteries pour minimiser les coûts pour tout le monde. L'opérateur décide combien d'énergie stocker et libérer en fonction de la demande prévue.

  2. Batteries décentralisées : Ici, les batteries fonctionnent de manière indépendante pour maximiser leurs propres profits. Elles choisissent quand vendre de l'électricité en fonction des prix du marché, ce qui peut entraîner des résultats différents par rapport aux systèmes centralisés.

Distorsions dans le fonctionnement des batteries

Les batteries indépendantes peuvent faire des choix qui créent des distorsions dans la manière dont l'électricité est fournie, ce qui peut entraîner des coûts plus élevés :

  • Retenue de quantité : Les batteries peuvent choisir de libérer moins d'énergie que ce qui serait optimal pour le marché. Cela signifie qu'elles pourraient retenir l'approvisionnement en énergie pendant les périodes de pointe pour augmenter les prix.

  • Passage des marchés à l'avance aux marchés en temps réel : Les batteries peuvent décider de retarder leur décharge des engagements planifiés à l'avance vers des réponses en temps réel. Cela peut créer une pénurie sur le marché à l'avance et augmenter les coûts.

  • Réactivité réduite : Les batteries peuvent également répondre moins lorsque la demande augmente par rapport à ce qui serait idéal. Cela peut entraîner des coûts plus élevés car le système doit s'appuyer sur des sources d'énergie plus coûteuses.

Impact des énergies renouvelables

Alors que les pays s'efforcent de réduire les émissions de carbone, l'intégration des sources d'énergie renouvelables dans le réseau est vitale. Cependant, ces ressources sont souvent imprévisibles. Par exemple, la disponibilité de l'énergie solaire dépend des conditions météorologiques. Cette imprévisibilité signifie que l'approvisionnement en énergie doit constamment s'ajuster pour répondre à la demande.

Les batteries aident à amortir ces fluctuations. En se chargeant lorsque la production renouvelable est élevée et en se déchargeant lorsque la production est faible, elles rendent le réseau électrique plus fiable. Cependant, l'utilisation croissante des batteries souligne également la nécessité de surveiller de près leur comportement sur le marché.

Observations à partir de cas réels sur le marché

Des régions comme la Californie ont connu un déploiement significatif de batteries. Par exemple, la Californie dispose d'une capacité d'environ 8,6 GW de batteries, tandis que le Texas en a environ 4,1 GW. Dans de tels marchés déréglementés, les batteries sont souvent détenues par des entreprises privées cherchant à réaliser des bénéfices. Cela peut entraîner un comportement stratégique qui peut ne pas bénéficier aux consommateurs.

Des rapports d'opérateurs ont noté des cas où les batteries ajustaient leurs prix en réponse aux conditions du marché, entraînant une augmentation des coûts pendant les périodes de forte demande. Ce comportement illustre comment les batteries peuvent exercer un pouvoir sur le marché en influençant les prix grâce à leurs stratégies de décharge.

Comprendre la courbe du canard

Un des défis majeurs dans la gestion de l'approvisionnement en électricité est la "courbe du canard". Ce terme fait référence à la forme de la courbe de demande d'électricité sur une période de 24 heures. Elle met en évidence comment la demande atteint des pics le soir lorsque la production solaire chute, entraînant un besoin accru d'autres sources. Les batteries peuvent aider à aplatir cette courbe en stockant de l'énergie pendant la journée et en la libérant le soir.

En permettant ce type de transition en douceur, les batteries peuvent aider à prévenir le besoin de centrales de pointe supplémentaires, qui sont coûteuses et nuisibles pour l'environnement. Cependant, l'efficacité des batteries dans la gestion de la courbe du canard dépend de leur comportement stratégique sur le marché.

Implications culturelles et économiques

Le passage vers des systèmes énergétiques alimentés par des batteries représente un changement économique plus large. Alors que les batteries remplacent les méthodes de production d'énergie traditionnelles, elles ouvrent de nouvelles opportunités commerciales tout en soulevant des questions sur l'équité du marché. Si quelques entreprises contrôlent une large part de la capacité des batteries, elles pourraient manipuler le marché à leur avantage.

Les législateurs et les régulateurs doivent s'adapter à ce paysage en évolution. S'assurer que les règles du marché restent à jour par rapport aux avancées technologiques peut aider à atténuer les risques de manipulation du marché. Cela inclut la réglementation de la manière dont les batteries peuvent participer aux marchés de l'énergie et l'établissement de normes de transparence.

Avenir des marchés des batteries

À l'avenir, le rôle des batteries dans les marchés de l'électricité est susceptible de croître. Au fur et à mesure que la technologie s'améliore et que les solutions de stockage d'énergie deviennent plus abordables, nous nous attendons à voir encore plus de batteries intégrées dans le réseau. Leur capacité à réagir aux conditions du marché continuera de façonner la façon dont l'électricité est prix et livrée.

Un domaine critique pour la recherche future est de savoir comment équilibrer les motivations de profit avec l'efficacité globale du système. Les régulateurs auront besoin d'outils pour surveiller et gérer les opérations des batteries afin de s'assurer qu'elles servent l'intérêt public tout en permettant aux entreprises d'opérer de manière rentable.

Résumé

Les batteries représentent une force transformative sur le marché de l'électricité, offrant un potentiel d'amélioration de la stabilité et de l'efficacité de l'approvisionnement énergétique. Cependant, leur comportement peut entraîner des distorsions qui affectent la dynamique du marché. Alors que nous nous dirigeons vers un avenir plus écologique, comprendre le rôle stratégique des batteries sera essentiel pour créer un système énergétique robuste et durable.

Alors que nous abordons les défis de l'intégration des énergies renouvelables et de la gestion de la demande, la collaboration entre technologie, réglementation et conception du marché sera cruciale. Avec une surveillance attentive et des solutions innovantes, le marché de l'électricité peut évoluer pour soutenir un avenir énergétique propre.

Source originale

Titre: Battery Operations in Electricity Markets: Strategic Behavior and Distortions

Résumé: Electric power systems are undergoing a major transformation as they integrate intermittent renewable energy sources, and batteries to smooth out variations in renewable energy production. As privately-owned batteries grow from their role as marginal "price-takers" to significant players in the market, a natural question arises: How do batteries operate in electricity markets, and how does the strategic behavior of decentralized batteries distort decisions compared to centralized batteries? We propose an analytically tractable model that captures salient features of the highly complex electricity market. We derive in closed form the resulting battery behavior and generation cost in three operating regimes: (i) no battery, (ii) centralized battery, and (ii) decentralized profit-maximizing battery. We establish that a decentralized battery distorts its discharge decisions in three ways. First, there is quantity withholding, i.e., discharging less than centrally optimal. Second, there is a shift in participation from day-ahead to real-time, i.e., postponing some of its discharge from day-ahead to real-time. Third, there is reduction in real-time responsiveness, or discharging less in response to smoothing real-time demand than centrally optimal. We quantify each of the three forms of distortions in terms of market fundamentals. To illustrate our results, we calibrate our model to Los Angeles and Houston and show that the loss from incentive misalignment could be consequential.

Auteurs: Jerry Anunrojwong, Santiago R. Balseiro, Omar Besbes, Bolun Xu

Dernière mise à jour: 2024-06-26 00:00:00

Langue: English

Source URL: https://arxiv.org/abs/2406.18685

Source PDF: https://arxiv.org/pdf/2406.18685

Licence: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Changements: Ce résumé a été créé avec l'aide de l'IA et peut contenir des inexactitudes. Pour obtenir des informations précises, veuillez vous référer aux documents sources originaux dont les liens figurent ici.

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