Market-clearing simulations and analyses for Turkish electricity market

Abstract

Bu çalışmada, halihazırda tek fiyat sistemini kullanan Türkiye elektrik piyasasının mevcut piyasa yapısı analiz edilerek, ihtiyaçlarına yönelik yeni piyasa-takas mekanizmaları (tek veya bara bazlı fiyatlandırma) araştırılmıştır. Böylelikle piyasa katılımcılarına daha fazla şeffaflık ve kolaylık tanıyan bölgesel fiyatlandırma modeline geçişte karşılaşılabilecek, ayrıca sistem sorunlarını analiz etmeye yardımcı olacak farklı piyasa-takas ve piyasa-fiyat benzeşim modelleri geliştirilmiştir. Önerilen modellerde Türkiye elektrik piyasası, Türkiye Elektrik İletim A.Ş (TEİAŞ) tarafından öngörülen dokuz bölgeli yük tevzi merkezi (YTM) kullanılarak analiz edilmiştir. Enerji Piyasaları İşletme A.Ş. (EPİAŞ) Şeffaflık Platformu ve TEİAŞ raporlarına dayanarak, on üç yakıt çeşidi ve yedi farklı santral çeşidi baz alınarak, kurulu güç kapasiteleri hesaplanmıştır. Farklı senaryo analizleri için (örn. yaz/kış, pik, orta ve baz) veri setlerinin oluşturulmuş (örn. hafta içi ve haftasonuna göre değişen kapasite ve yük faktörleri ile varsayılan kısa dönem fiyat esnekliklerine göre her bölge için fiyat-esnek doğrusal talep fonksiyon parametreleri) ve farklı fiyat modelleri karışık tamamlama problemi olarak formüle edilmiştir. Her üretim tesisi için işletme, bakım ve yakıt masrafları uluslararası maliyet araştırması çalışmalarından elde edilmiştir. Bu fıyatlandırma modelleri için toplum refahı ve elektrik fiyat seviyeleri üzerindeki etkiler farklı piyasa yapıları (örn., tam rekabetçi ve Nash-Cournot) için detaylı olarak incelenmiştir. MS EXCEL'de, Türkiye elektrik iletim ağının dokuz yük tevzi merkezini içeren bölgesel haritalar oluşturulmuş ve GAMS programından elde edilen sonuçlar makrolar kullanılarak özetlenmiştir (örn., visual basic applications –VBA kodları).Literatürde, bu tarz modeller farklı bölgeler ve ülkeler için ortaya çıkmaktadır, ancak Türkiye elektrik piyasası için önemli bir eksiklik olarak görülmektedir. Bu nedenle, bu tezin önerilen modelleri, hem geleceğe dönük yatırım planları açısından hem de bunların piyasaya etkileri ve piyasa oyuncularının karar verme süreçlerindeki sonuçları bakımından oldukça faydalı olabilecek ve piyasa oyuncularının kısa/orta/uzun vadeli kararlarına yardımcı olabilecek analizleri sağlayabilecektir. Ayrıca bu modeller gelecek yatırım planları ve bunların piyasa etkileri konusunda yararlı olabilecektir.

In this thesis, the current market structure of the Turkish electricity market, which currently uses a uniform pricing system, is analyzed and new market-clearing mechanisms (e.g., single or nodal pricing) are investigated for the market requirements. This has led to the development of different market-clearing models and market-price simulations that can be encountered in transition to a regional pricing model which provides market participants with greater transparency and simplicity in forecasting market outcomes. In the proposed models, Turkish electricity market has been analyzed by using nine regional control areas (zones) pre-specified by Turkish electricity transmission company (TEİAŞ). Based on Energy Exchange İstanbul (EXIST) transparency platform and TEİAŞ reports, installed generation capacities are calculated for each region according to thirteen fuel types and seven different types of ownership. Different scenarios (e.g., summer/winter peak, mid-peak and off-peak) and data sets (e.g., capacity and load factors for weekdays and weekends as well as price-elastic linear demand function parameters for each region based on hypothesized short-term price elasticities) are formed and different pricing models are formulated using a mixed complementarity problem (MCP) framework. Operation, maintenance and fuel costs for each generation facility are obtained from international cost survey studies. The effects on social welfare and electricity price levels for the pricing models are examined in details using different market structures (e.g., perfectly competitive and Nash-Cournot). In MS EXCEL, regional maps containing nine control areas of the transmission network are created and the results obtained from GAMS software are summarized using macros (e.g., visual basic for applications –VBA codes). In the literature, such models appear for different regions and countries, however, it is a major shortcoming for Turkish electricity market. Hence, the proposed models of this thesis will enable the analyses of decision-making process of market participants and their short/medium/long-term decisions. They will be also useful in terms of future investment plans and their impact on the market.