Wind power generation does, on the one hand, contribute to a less polluting and more sustainable electric power generation mix. On the other hand, the uncertainty and the variability of the power output do challenge the operation of the power system: hourly variations in wind power generation are hardly predictable in a precise way. To decrease the need for balancing power, it might be beneficial from the overall system-perspective to subject power generating companies to stricter balancing incentives/rules. The way the market is designed has become crucial to exploit the existing flexibility in the power system and to increase the efficiency in its operation: inappropriate market designs can counteract all technical achievements. The work conducted for this thesis is embedded in a project on wind power integration and electricity market design following the aim to develop a simulation tool to analyse the consequences of changes in specific market rules. This thesis analyses wind power variations and forecast errors in the Swedish power system and explores the question whether internal ex-ante self-balancing can efficiently reduce the need for balancing power. Applying internal ex-ante self-balancing, every power generating company re-schedules its own power plants in order to balance its commitments towards other market actors with its newest production forecast. This is done shortly before the hour of delivery. To assess the value of this self-balancing, possible trading and scheduling decisions for power generating companies are modelled based on a hydro-thermal generation portfolio within the framework of the Nordic electricity market design. The model is based on a sequence of mixed-integer linear optimisation problems for the clearing of the different sub-markets. Both the data and the model have an hourly time resolution. In a case study, the model is applied on a simplified test-system. The need of real-time balancing by the transmission system operator, the total variable generation cost of the system, as well as the extent to which the power generating companies re-scheduled their production are then used as indicators to evaluate self-balancing. / <p>QC 20121017</p> / Short-term hydro power planning in power systems with large amounts of wind power / Elektra 36141: Korttidsplanering av vatten-värmekraftsystem vid stora mängder vindkraft: System-perspektivet

Deploying wind power to a larger extent is one solution to reduce negative environmental impacts of electric power supply. However, various challenges are connected with increasing wind power penetration levels. From the perspective of transmission system operators, this includes balancing of varying as well as - to some extent - uncertain generation levels. From the perspective of power generating companies, changes in the generation mix will affect the market's merit order and, hence, their profits. This thesis focuses on provision and use of flexibility in the Nordic electricity market. First, this thesis studies wind power variations and accuracy of wind power forecasts in Sweden using statistical methods. Even though today’s wind penetration levels are still low in Sweden, power systems and electricity markets have to cope with these characteristics of variations and forecast errors to a larger extent in future. Second, it investigates to which extent an increased exchange and use of flexibility that is available in the intraday time-frame could efficiently facilitate system balancing and whether this would also be profitable from the power generating companies' perspective. Here, a simulation model is developed that reflects important aspects of production planning and trading decisions in the intraday time-frame. In a first case study, it is shown that the benefits of internal rescheduling strongly depend on the costs to adjust production plans in the intraday time-frame as compared to real-time. In a second case study, it becomes evident that trading flexibility in the intraday time-frame can reduce the need for system balancing more efficiently than internal rescheduling within each balance responsible party. Motivated by the positive gains of intraday trading and the challenge of appropriately modelling continuous intraday markets, trading activity and price development on Elbas is investigated. The results provide insights into trading behaviour on a continuous intraday market and show that trading is not always in accordance to the power system's physical situation. To the extent to which better information and adaptations in the market design could improve the market participants' base for trading decisions, policy recommendations and further research questions areas suggested. / Att använda vindkraft i en större utsträckning är en möjlighet att minska elproduktionens negativa miljöpåverkan. Det finns dock också olika utmaningar med stora mängder vindkraft. Från ett systemperspektiv gäller det till exempel att hålla balansen mellan tillförsel och konsumtion av el. Från elproducenternas perspektiv bör vindkraftens påverkan på elmarknaden nämnas eftersom det påverka aktörernas vinster. Avhandlingen titta närmare in i hur man kan få tillgång till mer flexibilitet på produktionssidan. Avhandlingen består av tre delar. För det första undersöks variationer och prognosfel av vindkraft i Sverige med hjälp av statistiska metoder. Även om andel vindkraft hittills är låg i Sverige, behöver elsystemet och elmarknader i framtiden hantera samma egenskaper av själva variationer och prognosfel som idag men i en större utsträckning. För det andra undersöks hur den flexibiliteten som finns i tidshorisonten några timmar innan leveranstimmen kan utnyttjas för att integrera vindkraften på ett sätt som är både fördelaktigt från systemets och från aktörernas perspektiv. Undersökningen sker med hjälp av en simuleringsmodell som omfattar viktiga delar i produktionsplanering och intradayhandel. I en fallstudie uppvisas att vinster av intern omplanering är i högsta grad beroende på kostnadsskillnaden mellan omplanering några timmar innan leveranstimmen och anpassning av körscheman under själva leveranstimmen. Resultat av ytterligare en fallstudie uppvisar att det är betydligt billigare och mer effektivt att använda intradayhandel istället för intern omplanering för att utnyttja den befintliga flexibiliteten och för att reducera obalanser som systemoperatörer annars behöver ta hand om under leveranstimmen. Detta är en anledning till att undersöka handelsmönster på Elbas som är en intradaymarknad med kontinuerlig handel. En annan anledning till den här tredje delen är utmaningarna i att modellera kontinuerlig intradayhandel. Studien beskriver handelsaktiviteten på Elbas och hur priserna utvecklas under handelstiden. Ett resultat är att handeln inte alltid återspeglar den fysiska situationen i elsystemet. I den utsträckningen som ett snabbare informationsflöde och förändringar i marknadsdesignen kunde förbättrar aktörernas underlag för intradayhandel, föreslås förbättringar och öppna forskningsfrågor. / <p>QC 20150911</p> / Elektra 36141: Korttidsplanering av vatten-värmekraftsystem vid stora mängder vindkraft: System-perspektivet