Electricity load and price forecasting of Turkish electricity markets

Abstract

Piyasa takas fiyatı ve sistem marjinal fiyatı tahminleme yöntemlerindeki gelişmeler elektrik üreticisi firmalara milyonlarca dolar kar sağlamaktadır. Bu nedenle elektrik yükü ve elektrik fiyatlarında yapılacak iyileştirmeler piyasa katılımcılarının karlarını yükseltir. Türkiye Elektrik Piyasası birbiriyle bağlantılı olan üç piyasadan oluşur: gün öncesi piyasası, gün içi piyasası ve dengeleme güç piyasası. Sırasıyla gün öncesi piyasada ve dengeleme güç piyasasında oluşan piyasa takas fiyatı ve sistem marjinal fiyatı, firmaların güç dağıtım stratejilerinde karar verirken kullanmış oldukları en önemli değerlerdir. Market operatörünün güç transferlerini planlanması ve elektrik üreticisi firmaların en fazla güç satışını, en iyi yatırım stratejisi ile gerçekleştirebilmeleri için yatırım hareketleri bir gün öncesinden tahmin edilmelidir.Rüzgar, yenilenebilir enerji kaynağı olarak piyasa takas fiyatını etkilemektedir. Modelimiz rüzgar enerjisi değerlerini kestirici olarak kullanmakta, çünkü rüzgar günümüzde yenilenebilir enerji kaynakları arasında en önemli olanıdır. Bu tezin amacı, sayısal hava tahminlerini kullanarak rüzgar enerjisinden toplam elektrik üretimini tahmin ederek, geleneksel yöntemlere göre daha iyi fiyat tahminleri elde etmektir. Rüzgar gibi yenilenebilir enerji kaynakları hava koşullarına bağlı olmaları nedeniyle üretim tahmini yapabilmek diğer enerji kaynaklarından üretilen elektrikle karşılaştırıldığında daha zordur. Daha iyi elektrik üretimi tahmini yapabilmek için daha iyi hava durumu tahmini gerekir. Rüzgar enerjisi üretiminde yapılan tahminlerin yanılma payları, piyasa takas fiyatlarının tahmininden elde edilen değerleri ve piyasa takas fiyatının kendisini daha dengesi hale getirmektedir.Bu tezde, piyasa takas fiyatının, toplam rüzgar enerjisinden elektrik üretiminin ve toplam elektrik yükünün tahmin edilmesinde, MATLAB programı kullanılarak çeşitli regresyon modelleri geliştirilmis¸ ve karşılaştırılmıştır. Rüzgar enerjisinden elektrik üretiminin saatlik, piyasa takas fiyatının ve toplam elektrik yükünün ise altışar saatlik üretim ortalamaları tahminleri iyi sonuçlar vermiş olup, bu tahminler market katılımcılarının bir gün sonrası için yapacak oldukları yatırım stratejilerinde kullanılabilir. Ayrıca, toplam elektrik yükünün tahmini sayesinde, elektrik sistem operatörü ve dengeleme güç piyasasının işletim lisansına sahip olan Türkiye Elektrik İletim A.Ş., planlama programını geliştirebilir ve bir gün öncesinden olası yük dengesizliklerine karşı gerekli önlemleri alabilir.

Progress on the forecasting techniques of market clearing price (MCP) and system marginal price (SMP) conveys millions of dollars profit to the electricity generator corporations. Therefore, more accurate forecasting system on total electricity load (TEL) and market prices enhances profits of the market participants. System of the Turkish Electricity Market has three interdependent platforms; Day Ahead Market (DAM), Intra-Day Market (IDM) and Balancing Power Market (BPM). MCP and SMP are the most important decision variables at power distribution strategies of companies, which are determined by DAM and BPM respectively. The trading activity should be estimated a day in advance for the delivery of loads on the market operator side, optimum output and best trading strategies on the power generator company side. Wind as a renewable energy source affects MCP. Our models contain the wind energy as a predictor, because wind energy is the most important renewable sources for energy production. The aim of this thesis is to estimate wind energy production using the numerical weather predictions (NWP) and achieving more accurate prices compared to the traditional methods used in the market. Estimation of renewable energy sources like the wind energy is more complicated then the other energy sources. They require accurate weather forecasts for accurate estimation. Because the prediction of wind iscomplicated, the estimation of wind energy production affects MCP forecasting values and real time MCP values so that they become more volatile.Some regression models are developed and compared on MATLAB programme to predict MCP, wind energy production and TEL. Hourly estimations of the TEL, and predictions for average of six-hour periods MCP and wind energy production for the next day, can be used in investment strategies of the market participants, like energy consumers and producers. Moreover, the Turkish Electricity Transmission Company (TETC), which manages the balancing power market as the system operator, can improve its planning schedule and take necessary precautions about imbalances a day in advance the forecasting results of TEL.