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L'impatto delle rinnovabili sui prezzi dell'elettricità

Esplorare gli effetti dell'energia rinnovabile sui prezzi e sulla stabilità del mercato elettrico.

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Indice

Il mercato elettrico sta cambiando a causa dell'uso crescente di fonti di energia rinnovabile come l'energia eolica e solare. Questi cambiamenti sollevano domande importanti su come vengono stabiliti i prezzi nel mercato elettrico, specialmente quando le fonti di energia tradizionali sono meno dominanti. Questo articolo discute le dinamiche dietro la formazione dei prezzi nei mercati elettrici e mette in evidenza il ruolo dell'Elasticità della domanda e dello stoccaggio energetico.

Transizione Energetica e Preoccupazioni sui Prezzi

Con l'aumento della quota di fonti di energia rinnovabile nella generazione di elettricità, ci sono preoccupazioni sul fatto che il sistema attuale di mercato dell'energia potrebbe non funzionare in modo efficace. Tradizionalmente, i prezzi nel mercato elettrico sono stati influenzati dai costi associati alla generazione da combustibili fossili. Tuttavia, quando le fonti rinnovabili senza costi di carburante diventano i principali fornitori di energia, i meccanismi di prezzo potrebbero affrontare delle sfide.

Alcune preoccupazioni includono:

  • Prezzi Persistenti Bassi: Potrebbero esserci lunghi periodi in cui i prezzi dell'elettricità rimangono a zero o a livelli molto bassi.

  • Alti Prezzi di Scarsità: In momenti di alta domanda e offerta limitata, i prezzi potrebbero schizzare a livelli non accettabili per i consumatori o i responsabili politici.

  • Instabilità del Mercato: Piccole variazioni nella capacità di generazione possono portare a significative fluttuazioni dei prezzi, rendendo difficile la pianificazione finanziaria per i produttori di energia.

L'Elasticità della Domanda e la Sua Importanza

Gran parte della modellazione dei mercati elettrici si è basata sull'idea di domanda inelastica. Questo significa che la domanda di elettricità non cambia significativamente con le variazioni di prezzo. Tuttavia, la realtà mostra che la domanda può essere più reattiva, soprattutto nel mercato di oggi dove i consumatori hanno opzioni più flessibili.

Quando la domanda è elastica, significa che i consumatori sono disposti ad adattare il loro utilizzo di elettricità in base ai cambiamenti di prezzo. Questo aggiustamento può portare a prezzi più stabili perché i consumatori non sono più solo partecipanti passivi. Diventano attori attivi nel mercato rispondendo ai segnali di prezzo.

Implementare l'elasticità nei modelli di mercato può ridurre i casi di prezzi estremamente bassi o alti e aiutare a stabilizzare i ricavi per i produttori.

Il Ruolo dello Stoccaggio Energetico

Lo stoccaggio energetico gioca un ruolo fondamentale nella stabilizzazione dei prezzi nei moderni mercati elettrici. Poiché la generazione di elettricità da fonti rinnovabili è variabile e dipende dalle condizioni meteorologiche, avere soluzioni di stoccaggio consente di salvare l'elettricità durante i periodi di eccesso di offerta e utilizzarla quando la domanda è alta.

  1. Tipi di Stoccaggio: Ci sono varie forme di stoccaggio energetico, tra cui batterie, idroelettrico pompato e stoccaggio chimico come l'idrogeno. Ogni tipo offre vantaggi unici nella gestione di offerta e domanda.

  2. Strategie di Offerta: Le strutture di stoccaggio energetico possono partecipare ai mercati elettrici offrendo la loro energia immagazzinata. Possono fissare prezzi in base al valore dell'elettricità durante i momenti di picco, aiutando ad allineare i prezzi con la domanda reale.

  3. Costi Opportunità: Il valore dell'energia immagazzinata è spesso determinato dal costo opportunità - quello che l'energia potrebbe guadagnare sul mercato se utilizzata in un momento diverso. Questi costi influenzano come i gestori di stoccaggio decidono di caricare e scaricare i loro sistemi.

Analizzare le Dinamiche di Mercato

Per capire come i prezzi dell'elettricità siano influenzati dall'elasticità della domanda e dallo stoccaggio energetico, si fanno semplificazioni sulle dinamiche di mercato:

  1. Livello di Prezzo Unico: Nei mercati dove la domanda è inelastica, i prezzi possono scendere a zero durante i periodi di bassa domanda. Con una domanda elastica, i prezzi rimangono a un livello più costante grazie all'aggiustamento attivo dei consumatori.

  2. Impatto del Valore di Stoccaggio: Quando la domanda è elastica, il valore marginale di stoccaggio rimane stabile. Questa stabilità consente agli operatori di stoccaggio di sviluppare migliori strategie di prezzo e pianificare le operazioni in modo efficace.

  3. Curve di Durata dei Prezzi: Queste curve illustrano come i prezzi cambiano nel tempo. Con una domanda elastica, le fluttuazioni dei prezzi sono più morbide rispetto ai mercati con domanda inelastica, che possono vedere picchi e ribassi bruschi.

Implicazioni nel Mondo Reale

Questi risultati hanno implicazioni significative per i mercati elettrici reali:

  • Decisioni di Investimento: Gli investitori in energie rinnovabili e tecnologie di stoccaggio potrebbero trovare il mercato più attraente se la stabilità dei prezzi è garantita. Questo potrebbe portare a maggiori investimenti in fonti energetiche più pulite.

  • Fiducia del Consumatore: Un ambiente di prezzo più stabile può incoraggiare i consumatori a investire in tecnologie che consentono loro di gestire il proprio utilizzo di energia in modo più efficace, come elettrodomestici intelligenti.

  • Supporto Politico: I responsabili politici potrebbero considerare di supportare strategie di gestione della domanda o programmi di incentivi per incoraggiare ulteriormente l'elasticità nella domanda. Questo potrebbe includere rimborsi per i consumatori che aggiustano il loro utilizzo durante i momenti di picco.

Sfide Future

Nonostante gli aspetti promettenti dell'incorporare l'elasticità della domanda e lo stoccaggio energetico nei modelli di mercato, rimangono sfide:

  1. Incertezze nella Previsione: Prevedere la domanda di energia e i modelli meteorologici è complesso. Gli operatori di stoccaggio devono prendere decisioni informate basate su previsioni che possono essere incerte.

  2. Limitazioni della Modellazione: Molti modelli esistenti potrebbero non tenere adeguatamente conto della variabilità nelle dinamiche di domanda e offerta, portando a conclusioni fuorvianti sul comportamento del mercato.

  3. Barriere Regolatorie: Le attuali normative del mercato elettrico potrebbero necessitare aggiornamenti per meglio adattarsi alle rinnovabili e alle soluzioni di stoccaggio, consentendo meccanismi di fissazione dei prezzi più flessibili.

Conclusione

La transizione in corso verso l'energia rinnovabile presenta sia sfide che opportunità per i mercati elettrici. Incorporando l'elasticità della domanda nei modelli di mercato e utilizzando efficacemente lo stoccaggio energetico, possiamo raggiungere un ambiente di prezzi più stabile, incoraggiare gli investimenti e, in ultima analisi, creare un sistema energetico più resiliente e sostenibile. Comprendere queste dinamiche sarà cruciale per i soggetti coinvolti a tutti i livelli, dagli operatori di utilità ai consumatori e ai politici.

Fonte originale

Titolo: Price formation without fuel costs: the interaction of elastic demand with storage bidding

Estratto: Studies looking at electricity market designs for very high shares of wind and solar often conclude that the energy-only market will break down. Without fuel costs, it is said that there is nothing to set prices. Symptoms of breakdown include long phases of zero prices, scarcity prices too high to be politically acceptable, prices that collapse under small perturbations of capacities from the long-term equilibrium, cost recovery that is impossible due to low market values, high variability of revenue between different weather years, and difficulty operating long-term storage with limited foresight. We argue that all these problems are an artefact of modeling with perfectly inelastic demand. If short-term elasticity to reflect today's flexible demand (-5%) is implemented in the model, these problems are significantly reduced. The combined interaction of demand willingness to pay and storage opportunity costs is enough to produce stable pricing. This behavior is illustrated by a model with wind, solar, batteries, and hydrogen-based storage, where a piecewise linear demand curve removes high price peaks and reduces the fraction of zero-price hours from 90% to around 30%, and entails more price stability for perturbations of capacity and different weather years. Furthermore, we show that with elastic demand, the long-term model exactly reproduces the prices of the short-term model with the same capacities. We then use insights from the long-term model to derive simple bidding strategies for storage so that we can also run the short-term model with limited operational foresight. We demonstrate this short-term operation in a model trained on 35 years of weather data and tested on another 35 years of unseen data. We conclude that the energy-only market can still play a key role in coordinating dispatch and investment in the future.

Autori: Tom Brown, Fabian Neumann, Iegor Riepin

Ultimo aggiornamento: 2024-07-31 00:00:00

Lingua: English

URL di origine: https://arxiv.org/abs/2407.21409

Fonte PDF: https://arxiv.org/pdf/2407.21409

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

Modifiche: Questa sintesi è stata creata con l'assistenza di AI e potrebbe presentare delle imprecisioni. Per informazioni accurate, consultare i documenti originali collegati qui.

Si ringrazia arxiv per l'utilizzo della sua interoperabilità ad accesso aperto.

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