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Prévision court-terme des prix des services système et stratégie de valorisation pour une centrale virtuelle à base de renouvelables

Prévision court-terme des prix des services système et stratégie de valorisation pour une centrale virtuelle à base de renouvelables

PERSEE - Short-term price forecast for ancillary services and valorization strategy for a renewable-based virtual plant

Proposition de thèse

Spécialité

Energétique et procédés

Ecole doctorale

Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique

Directeur de thèse

KARINIOTAKIS Georges

Co-directeur de thèse

MICHIORRI Andrea

Unité de recherche

Energétique et Procédés

Contact
Date de validité

01/10/2019

Site Web
Mots-clés

Systèmes électriques intelligents, Energies renouvelables, Incertitude, Optimisation

Smart grids, Renewable energies, Uncertainty, Optimisation

Résumé

Les développements récents technologiques et règlementaires permettent désormais aux centrales renouvelables non contrôlables - comme les centrales photovoltaïques, éoliennes ou hydroélectriques au fil de l'eau - de fournir des services système aux opérateurs du réseau électrique. Cela peut représenter une nouvelle source de revenu pour les opérateurs de centrales renouvelables et une amélioration de l'intégration des centrales au réseau électrique. La source de revenu obtenue par la fourniture des services système s'ajoute aux revenus générés par la participation aux différents marchés de l'électricité (journalier, infra-journalier). Afin de maximiser ce revenu il est nécessaire d'appliquer une stratégie qui optimise la participation des renouvelables (ou de leur agrégation sous forme de centrale virtuelle) à chaque marché en fonction des différentes opportunités. Un des verrous identifiés dans ce contexte est la nécessité de prévoir avec fiabilité la valeur des différentes quantités de marché de l'électricité et des services système (prix journalier, infra journalier, d'ajustement, de réserve primaire et secondaire) et à différents horizons temporels (de 5 minutes à 48 heures). Cette recherche s'inscrit dans le cadre du projet européen ‘REgions' qui a pour objectif la gestion d'un ensemble de centrales virtuelles renouvelables capable de fournir des services système. Coordonné par AIT, voit la participation de partenaires en France, Autriche et Allemagne, dont MINES ParisTech, Fraunhofer IEE et Engie Green.
Objectifs scientifiques : les objectifs du travail de recherche sont : 1) améliorer la qualité des prévisions des différentes quantités de marché liées aux services système et 2) développer une stratégie de participation sur plusieurs marchés d'une centrale virtuelle composée de centrales renouvelables non contrôlables. Cela fait ressortir plusieurs défis. Peu d'attention a été donné par le passé à la prévision des prix des services système à cause de leur volume réduit, de leur variance et surtout de l'aléa lié à leurs activations. L'impact de la fréquence et de la direction d'activation, l'interdépendance avec les prix de l'électricité day-ahead et intra-day et l'impact des congestions sur les lignes représentent des sources de complexité qu'il faut traiter. Il est également nécessaire de quantifier l'incertitude de ces prévisions. Concernant la participation de la centrale virtuelle au marché le défi est de développer une ou plusieurs stratégies de participation simultanée à plusieurs marchés tenant en compte : les prévisions des prix et de la production renouvelable avec leurs aléas, l'aversion au risque de l'opérateur, les pénalités et la fiabilité des systèmes de contrôle et de dispatch des centrales renouvelables.

Recent technological and regulatory developments allow non-controllable renewable power plants such as photovoltaic, wind and hydroelectric plants to provide ancillary services to grid operators. This may represent a new source of revenue for renewable power plant operators and an improvement in the integration of power stations into the electricity grid. The income obtained by ancillary services provision is added to the revenue generated by the participation in the various electricity markets (daily, intraday). To maximize this revenue it is necessary to apply a strategy that optimizes the participation of renewables (or their aggregation in the form of a virtual power plant) to each market according to the opportunities. One of the barriers identified in this context is the need to reliably predict the value of the different quantities of the electricity market and system services (daily, intraday, adjustment, primary and secondary reserve prices and activation likelihood and direction) at different horizons (from 5 minutes to 48 hours). This research is part of the European project 'REgions' which aims to manage a set of renewable virtual plants able to provide ancillary services. This project, coordinated by AIT, sees the participation of partners in France, Austria and Germany, including MINES ParisTech, Fraunhofer IEE, Engie Green and ENERCON.

Scientific Objectives: The objectives of this research are: 1) to improve the quality of forecasts of different market quantities related to system services and 2) to develop a strategy of participation in several markets of a virtual plant composed of non-controllable renewable plants. This highlights several challenges. Little attention has been given in the past to the prediction of the prices of the system services because of their reduced volume, of their variance and especially of the volatility related to their activations. The impact of activation frequency and direction, the interdependence with day-ahead and intra-day electricity prices and the impact of congestion represent sources of complexity that need to be addressed. It is also necessary to quantify the uncertainty of these forecasts. Regarding the participation in the virtual power plant market, the challenge is to develop one or more strategies for simultaneous participation in several markets that take into account: price and renewable production forecasts with their uncertainty, risk aversion of the operator, the penalties and the reliability of the control and dispatch systems of renewable plants.

Contexte

Contexte et enjeux : Les développements récents technologiques et règlementaires permettent désormais aux centrales renouvelables non contrôlables - comme les centrales photovoltaïques, éoliennes ou hydroélectriques au fil de l'eau - de fournir des services système aux opérateurs du réseau électrique. Cela peut représenter une nouvelle source de revenu pour les opérateurs de centrales renouvelables et une amélioration de l'intégration des centrales au réseau électrique. La source de revenu obtenue par la fourniture des services système s'ajoute aux revenus générés par la participation aux différents marchés de l'électricité (journalier, infra-journalier). Afin de maximiser ce revenu il est nécessaire d'appliquer une stratégie qui optimise la participation des renouvelables (ou de leur agrégation sous forme de centrale virtuelle) à chaque marché en fonction des différentes opportunités. Un des verrous identifiés dans ce contexte est la nécessité de prévoir avec fiabilité la valeur des différentes quantités de marché de l'électricité et des services système (prix journalier, infra journalier, d'ajustement, de réserve primaire et secondaire) et à différents horizons temporels (de 5 minutes à 48 heures). Cette recherche s'inscrit dans le cadre du projet européen ‘REgions' qui a pour objectif la gestion d'un ensemble de centrales virtuelles renouvelables capable de fournir des services système. Coordonné par AIT, voit la participation de partenaires en France, Autriche et Allemagne, dont MINES ParisTech, Fraunhofer IEE et Engie Green

Encadrement

G Kariniotakis 40 %
A Michiorri 60 %

Domaine(s)

'1007' 'Génie électrique', '401' 'Mathématiques et leurs interactions'

Profil candidat

Profil type pour une thèse à MINES ParisTech: Ingénieur et/ou Master recherche - Bon niveau de culture générale et scientifique. Bon niveau de pratique du français et de l'anglais. Bonnes capacités d'analyse, de synthèse, d'innovation et de communication. Qualités d'adaptabilité et de créativité. Capacités pédagogiques. Motivation pour l'activité de recherche. Projet professionnel cohérent.
Pré-requis (compétences spécifiques pour cette thèse) : Le profil recherché doit associer des compétences en génie électrique et en mathéematiques appliquées. Une bonne connaissance de langages de programmation comme Matlab, Python ou R est nécessaire. Le candidat devra être motivé par le travail d'équipe.
Pour postuler : Envoyer un CV et une lettre de motivation via le formulaire « https://forms.gle/sqZrXP7vQMv8mrGa8 ». Pour plus d'information, merci de contacter andrea.michiorri@mines-paristech.fr ET georges.kariniotakis@mines-paristech.fr avec en objet le code « THESIS AS forecast 2019 »

Typical profile for a thesis at MINES ParisTech: Engineer and / or Master of Science - Good level of general and scientific culture. Good level of knowledge of French and English. Good analytical, synthesis, innovation and communication skills. Qualities of adaptability and creativity. Teaching skills. Motivation for research activity. Coherent professional project.
Prerequisite (specific skills for this thesis): The desired profile should have a background in electrical (power systems) engineering. Skills in applied mathematics (eg optimization) and computer programming (eg MATLAB) are required. The candidate must be motivated to work in a team.
To apply: Please send a CV and a cover letter through the form ' https://forms.gle/sqZrXP7vQMv8mrGa8 '. For information contact andrea.michiorri@mines-paristech.fr AND georges.kariniotakis@mines-paristech.fr with the subject code 'THESIS AS forecast 2019'.

Résultat attendu

Résultats attendus : Trois principaux résultats sont attendus à l'issue de ce travail : 1) un modèle de prévision de prix, volumes et probabilité d'activation des services système, 2) une comparaison des solutions possibles et de l'importance relative des données d'entrée 3) une stratégie de participation d'une centrale virtuelle renouvelable à plusieurs marchés de l'énergie et des services système.

Objectif

Objectifs scientifiques : les objectifs du travail de recherche sont : 1) améliorer la qualité des prévisions des différentes quantités de marché liées aux services système et 2) développer une stratégie de participation sur plusieurs marchés d'une centrale virtuelle composée de centrales renouvelables non contrôlables. Cela fait ressortir plusieurs défis. Peu d'attention a été donné par le passé à la prévision des prix des services système à cause de leur volume réduit, de leur variance et surtout de l'aléa lié à leurs activations. L'impact de la fréquence et de la direction d'activation, l'interdépendance avec les prix de l'électricité day-ahead et intra-day et l'impact des congestions sur les lignes représentent des sources de complexité qu'il faut traiter. Il est également nécessaire de quantifier l'incertitude de ces prévisions. Concernant la participation de la centrale virtuelle au marché le défi est de développer une ou plusieurs stratégies de participation simultanée à plusieurs marchés tenant en compte : les prévisions des prix et de la production renouvelable avec leurs aléas, l'aversion au risque de l'opérateur, les pénalités et la fiabilité des systèmes de contrôle et de dispatch des centrales renouvelables.

Références

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Type financement

Contrat de recherche

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