Investigating the impact of Flow-Based Market Coupling on the Nordic regio

Abstract

Den nordiske kapasitetsberegningsmetodikken har til nå vært basert på samordnet netto overføringskapasitet (CNTC), som forutsetter at elektrisitet kan overføres direkte fra en sone til en annen, begrenset av en gitt overføringskapasitet og pålitelighetsmargin. Flytbasert markedkobling (FBMC), en alternativ metode som tar hensyn til fysisk kraftflyt, er imidlertid blitt foreslått som ny kapasitetsberegningsmetodikk. Nyere studier indikerer en betydelig økning i sosial velferd, samt hyppigere priskonvergens hvis man bruker FBMC istedenfor CNTC. Videre er det planlagt en stor mengde ny vindkraft i NO3 og NO4. Hvordan denne strukturelle endringen av strømforsyning sammen med FBMC vil påvirke fremtidens kraftpriser er ennå svært usikkert.

Oppgaven er skrevet i samarbeid med TrønderEnergi. TrønderEnergi har gitt nødvendig data for å lage de deterministiske optimaliseringsmodellene utviklet i denne oppgaven. Data som gjelder kraftnettet som trengs i FBMC-modellen og CNTC-modellen er hentet fra henholdsvis Nordic RSC og Nordpool.

Det er laget tre scenarioer for å sammenligne FBMC og CNTC; 2020 basis-scenario, 2022 basis-scenario og 2022 med økt vindkapasitet. Basis-scenarioene er basert på prognoser gitt av TrønderEnergi, der 2020 representerer kraftsystemet slik det er i dag, mens en betydelig mengde vindkraftverk har økt i 2022. Scenarioet med økt vindkraftkapasitet i 2022 øker vindkapasiteten med ytterligere 20 % for NO3, NO4, SE1 og SE2.

Resultatene indikerer en økning i den Nordiske samfunnsøkonomiske velferden for alle scenarioer ved å benytte FBMC i stedet for CNTC. I tillegg fører FBMC til jevnere priser i alle de nordiske sonene, noe som kommer tydelig frem på scenarioet som innfører økt vindkraft i 2022. Med CNTC blir de årlige gjennomsnittsprisene i NO3 og NO4 ca. 10 EUR/MWh lavere enn nærliggende områder på grunn av flaskehalser i strømnettet, mens FBMC gir relativt like priser i alle de nordiske områdene. Totalt sett øker velferden, prisforskjellene blir mindre og overbelastningene håndteres på en mer effektiv måte ved å bruke FBMC sammenlignet med CNTC, spesielt i et kraftsystem med økt vindkraftkapasitet.

The Nordic capacity calculation methodology is currently based on a Coordinated Net Transmission Capacity approach (CNTC) for calculating transmission capacities. This approach assumes that electricity can be directly transferred from one zone to another, limited by a given transfer capacity and reliability margin. Flow-Based Market Coupling (FBMC) has been proposed as the new capacity calculation methodology, and takes, in contrast to the CNTC approach, physical power flows into account. Recent studies indicate an increase in social welfare as well as more frequent price convergence by using FBMC instead of CNTC. In the near future, a large amount of new wind power is expected to come online in NO3 and NO4. How this structural change of the power supply in conjunction with the introduction of FBMC will impact the future electricity prices is still unknown.

The thesis is written in cooperation with a power company, TrønderEnergi. TrønderEnergi has provided most of the necessary data used as input to the deterministic optimization models developed in this thesis. However, grid data required for the FBMC model and the CNTC model is acquired from the websites of Nordic RSC and Nordpool.

Three scenarios are made to compare FBMC and CNTC; 2020 base case, 2022 base case, and 2022 with increased wind power plant capacity. The base cases are based on the anticipated future power system patterns provided by TrønderEnergi. 2020 simulates the power system equal of today, while a reasonable amount of wind power plants are built by 2022. The scenario with increased wind power capacity in 2022 increases wind capacity by 20 % for NO3, NO4, SE1, and SE2.

The results indicate an increase in the Nordic socio-economic welfare for all scenarios by using FBMC rather than CNTC. Also, FBMC leads to more equal prices in all the Nordic zones, especially when introducing increased wind power in 2022. With CNTC, the yearly average prices in NO3 and NO4 becomes about 10 EUR/MWh lower than nearby areas due to bottlenecks, while FBMC gives quite equal prices in all of the Nordic areas.

Overall, welfare increases, price differences are smaller, and congestion is dealt with more efficiently by using FBMC compared with CNTC, especially on a power system with increased wind power capacity.