Analyse et modélisation technico-économique d'une évolution des zones de prix des marchés de gros du système électrique européen

Techno-Economic Modelling and Analysis of an Evolution of Bidding Zones for Wholesale Electricity Markets in the European Power System

• Auteur / Autrice : Thomas Brouhard
• Direction : Marc Petit, Martin Hennebel, Cyril Gisbert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 05/12/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : CentraleSupélec (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : EDF Lab Paris-Saclay
• Jury : Président / Présidente : Sorin Olaru
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Raphaël Caire, Hossein Farahmand, Zita Vale
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Raphaël Caire, Hossein Farahmand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Partitionnement de graphes

Optimisation mathématique

Offre et demande

Énergies renouvelables

Électricité -- Transport

Électricité -- Production -- Génération répartie

Commerce de gros

Services de l'électricité

Mots clés libres

Marchés de gros de l'électricité

Transport d'électricité

Clustering

Énergies renouvelables

Wholesale Electricity Markets

Power Transmission

Clustering

Renewable Energy Sources

Résumé

En Europe, les marchés de gros de l'électricité sont organisés selon un système zonal, avec des zones correspondant essentiellement aux frontières des états. Au sein de ces zones, les acteurs de marché sont libres de s'échanger de l'électricité sans contraintes de volume et à un prix unique. En revanche, les capacités d'échanges commerciaux entre ces zones sont limitées, à l'export comme à l'import, suivant des seuils représentatifs des contraintes physiques du réseau. Dans la lignée du Clean Energy Package et des codes de réseau introduits par la Commission Européenne, les gestionnaires de réseau de transport sont aujourd'hui incités à maximiser les capacités d'échange ouvertes aux échanges transfrontaliers, quitte à définir des plans d'action à court-terme pour réduire les contraintes réseau. En cas de persistance de congestions structurelles, de nouveaux découpages des zones de marché seront envisagés, ce qui a déjà donné lieu à plusieurs analyses de la part des régulateurs et des gestionnaires de réseau. De telles reconfigurations auraient un impact déterminant sur l'activité des énergéticiens européens, dont les politiques d'exploitation et d'investissement dans les actifs de production dépendent du design de marché. L'objectif de cette thèse est donc de proposer une modélisation et une analyse technico-économique de différentes reconfigurations des zones de prix des marchés de gros du système électrique européen, afin d'en décrire l'impact sur l'exploitation des parcs de production d'électricité, la gestion et le coût du système pour la collectivité, la formation des prix et la coordination des investissements dans le réseau et la production.

In Europe, wholesale electricity markets follow a zonal market design, where bidding zones are generally defined according to national borders. Within these areas, market players are free to trade electricity with no constraint in volume, in relation to a uniform wholesale electricity price. On the other hand, exchange capacities between zones are limited, both for export and import, according to thresholds that are representative of the physical constraints that apply on the transmission system. In line with the Clean Energy Package and the network codes introduced by the European Commission, transmission system operators are now encouraged to provide as much trading capacity as possible between European national markets, even if this means defining short-term action plans to reduce grid constraints. In the event of persistent structural congestion, further splittings of market areas will be considered, which has already been addressed several times by transmission system operators and regulation authorities. As a matter of fact, bidding zone delineation significantly impacts the activity of European energy companies, whose operation and investment decisions regarding production assets are highly dependent on market design. The objective of this thesis is therefore to propose a techno-economic modelling and analysis of bidding zone evolution scenarios for the European power system, in order to address their impacts on generation asset portfolios, system operation and costs, price formation and the coordination between grid and generation investments.