In che modo i prezzi dell'energia / dell'elettricità possono essere negativi?

Bloomberg mostra questo grafico:

Comprendo la tabella sopra per indicare che i consumatori sono stati effettivamente pagati per utilizzare l'elettricità. (Per favore, correggimi se sbaglio.)

Mi chiedevo come sia possibile? In che modo il mercato dell'energia / dell'elettricità è speciale e diverso dagli altri mercati? (O forse il mercato elettrico tedesco è speciale.)

Sì, i clienti che erano esposti ai prezzi di mercato all'ingrosso del giorno prima venivano pagati per utilizzare l'elettricità.

È una combinazione di diversi fattori che rendono speciale il mercato all'ingrosso dell'energia elettrica.

In primo luogo , pochissimi consumatori di elettricità vi partecipano direttamente. Quindi il lato della domanda è molto illiquido, con un'elasticità di breve periodo molto bassa - e diventa rapidamente perfettamente anelastico.

In secondo luogo , c'è pochissimo arbitraggio temporale. Il mercato dell'elettricità a 0500 e il mercato a 1500 sono due mercati separati: ci sono pochissimi arbitri che possono acquistare a 0500 e vendere a 1500. Questo perché fino a poco tempo fa, ci sono state ricompense molto basse per farlo (più su questo, sotto ).

In terzo luogo , ci sono diversi fornitori per i quali la riduzione dell'offerta incorrerebbe in spese: quindi, ai fini della compensazione del mercato, hanno costi marginali a breve termine negativi. Ci sono due modi in cui può succedere.

1. generatori convenzionali molto rigidi (di solito nucleari) non possono semplicemente aumentare o diminuire la produzione ogni ora o due, senza incorrere in costi di manutenzione.

2. generatori con contratti che consentano loro di vendere tutta la loro produzione a un prezzo positivo prestabilito: avrebbero bisogno che i prezzi all'ingrosso diventassero negativi di più di tale importo, per rendere utile la riduzione della loro produzione.

La Germania ora ha una combinazione così elevata di questi due tipi di generatori, che ci sono momenti in cui la loro produzione combinata è maggiore del consumo domestico, ed è allora che i prezzi diventano negativi.

In quarto luogo , sebbene la Germania condivida una rete con molti altri paesi dell'Europa continentale, le opportunità di arbitraggio spaziale sono molto limitate, poiché la generazione totale tedesca è molto più grande della capacità di interconnessione con il resto della rete: in tal modo la capacità di interconnessione limita strettamente il quantità di energia che può essere arbitrata con altri paesi entro una determinata ora di negoziazione.

Alla fine , anche se sembra strano, questi prezzi negativi sono una buona cosa. Sono una condizione temporanea che durerà solo per un periodo di transizione, poiché i mercati dell'elettricità decarbonizzeranno. Al momento disponiamo di reti di trasmissione e strutture di mercato progettate e costruite intorno a fornitori eccessivamente inquinanti come carbone e gas. Dobbiamo fermare quell'inquinamento - il suo costo supera di gran lunga i benefici. Pertanto, l'industria deve cambiare strutturalmente e anche i mercati e le reti dovranno cambiare.

I generatori alimentati a carbone e gas sono stati molto utili per i mercati di oggi, perché possono cambiare rapidamente la quantità che forniscono. Quindi la quasi assenza di partecipazione dal lato dei consumi non è stata affatto un problema, fino a poco tempo fa - e perché i benefici per gli arbitri erano bassi. Ma ora c'è un numero crescente di ore in cui quei generatori molto flessibili non dominano più il mercato.

Mentre ci spostiamo su una griglia che non ha più quella reattività dal lato dell'offerta, abbiamo bisogno di reattività da parte di nuovi arbitri e dal lato della domanda. Il periodo di prezzi negativi fornisce forti incentivi per quei nuovi partecipanti al mercato che devono avanzare. E, man mano che sempre più di questi nuovi partecipanti entreranno nel mercato, i prezzi negativi diventeranno sempre più rari.

Quindi questa non è solo la Germania. È successo e accadrà anche altrove.

Come molti hanno affermato prima di me, non si può semplicemente buttare via l'elettricità se si produce troppo - deve andare da qualche parte. Se si inserisce più potenza nel sistema rispetto alla resistenza (o al consumo) nel sistema, è come far girare la bici più velocemente mentre si pedala in discesa, i generatori iniziano a girare più velocemente e la frequenza aumenta sopra i 50 Hz.

Il secondo problema è che molte centrali elettriche non riescono a spegnersi. Le centrali nucleari richiedono giorni per spegnersi, ore di centrali a carbone. Pertanto, sono disposti a pagare quasi all'infinito per evitare di dover spegnere per brevi periodi.

Ecco un diagramma delle curve di offerta sul Nord Pool (il mercato dell'elettricità per Norvegia, Svezia, Danimarca, Finlandia, Estonia, Lituania e Lettonia) due settimane fa, quando il prezzo era particolarmente basso, solo 4,1 EUR / MWh, per un'ora , 4am, di notte.

Si può vedere che oltre 22000 MW (MWh / h) di energia fornita sono disposti a produrre energia, non importa quanto negativi diventino i prezzi. Circa 10 000 MW di questo sono energia nucleare. Il resto è probabilmente carbone, altre centrali termiche a risposta lenta e alcuni produttori che non si preoccuperanno di adeguare la propria produzione (piccole centrali elettriche, ecc.).

Circa. 10 000 della potenza fornita, di cui 6200 MW eolici, offerta intorno a 0 EUR / MWh. Dal momento che è impossibile immagazzinare produttori di energia eolica e produttori di energia idroelettrica senza riserve non sono disposti a vendere per nulla, tuttavia possono spegnersi rapidamente se i prezzi diventano negativi. Circa. 30 000 MW di energia fornita sono energia regolabile, principalmente gas e energia idroelettrica da giacimenti, che offrono circa 25-50 EUR / MWh.

Nota anche quanto i consumatori siano insensibili ai prezzi. La domanda è leggermente più alta se il prezzo diventa negativo, ma è quasi nulla, solo ca. 1000 MW.

Nel caso estremo in cui i prezzi scendessero al di sotto di 22000 MW, si può facilmente vedere come i prezzi subirebbero un notevole calo. Nel mercato nordico (*) dove gran parte della produzione è idroelettrica regolabile, è molto improbabile.

Prezzo spot e potenza quindi in Germania a dicembre 2017

Il problema in Germania è duplice. In primo luogo, hanno molti più produttori di energia nucleare, carbone, piccoli e altre fonti di energia non regolamentate rispetto al mercato nordico. Quindi, quando la domanda di energia è bassa e il vento inizia improvvisamente a soffiare e genera l'80% della potenza necessaria, come ha fatto alla vigilia di Natale 2017 (vedi grafico), ottieni troppa energia.

Tuttavia, normalmente ti aspetteresti che i produttori di energia eolica spegnano le loro turbine, quando il prezzo diventa negativo. Il problema è, come ho capito, che ai produttori di energie rinnovabili è garantito un prezzo minimo per ogni unità di energia prodotta. Quindi, invece di offrire 0 EUR / MWh, offrono anche prezzi negativi infiniti. È solo quando il prezzo spot è negativo per più di sei ore, ai produttori di energia rinnovabile non viene più garantito il prezzo minimo.

(*) Per alcune singole aree di prezzo nel mercato nordico, come Danmark, è più probabile che i prezzi siano negativi. Tuttavia, i dati sulle curve di offerta per le aree di prezzo induvidual non sono disponibili al pubblico.

I prezzi sostanzialmente negativi riflettono che viene prodotta più elettricità di quella richiesta dal mercato. In tutti gli altri mercati, questo non è un problema poiché puoi semplicemente rifiutare di vendere, ma per l'elettricità deve esserci un equilibrio. Non è possibile accumulare elettricità in un magazzino.

Quindi, per fornire un po 'di informazioni di base, prendiamo ad esempio Nord Pool Spot: ogni giorno alle 12 CET i fornitori e i consumatori forniscono a Nord Pool Spot offerte su ciò che possono vendere e acquistare l'elettricità per MWh il giorno successivo (dalle 00 : 00). Collegamento a Nord Pool Spot

Queste offerte formano i fornitori possono essere divisi in più bit. Che è (in aumento del prezzo): produzione forzata, energia eolica, gas, petrolio e carbone. Si può pensare a questo come i fornitori prima vendono l'elettricità dalla produzione forzata, quindi l'energia eolica, ecc. Quanto più costoso è per i fornitori da produrre, tanto più alto è il costo per MWh.

L'energia eolica è il punto zero. Una volta che il mulino a vento è attivo, è (per semplicità) libero da usare e puoi spegnerlo se necessario. In altre parole, dare energia eolica è un'opportunità persa, ma non include costi aggiuntivi per il fornitore.

In negativo, abbiamo la produzione forzata, questo può venire da @EnergyNumbers, terzo punto. Se è più costoso ridurre la produzione di una pianta piuttosto che pagare qualcuno per prenderla, preferiresti farlo.

Qualcosa che non è menzionato, è che le piante in genere forniscono anche acqua calda. Tuttavia, negli impianti più vecchi, il generatore è sempre accoppiato all'uscita dell'impianto. Quindi a volte devono accendere una pianta per produrre acqua calda, e quindi anche energia elettrica allo stesso tempo, dando loro una produzione forzata. Spesso l'utilizzo è abbastanza elevato da richiedere la produzione forzata, ma a volte non è così e avrai prezzi negativi.

Ciò riflette il problema dello stoccaggio dell'elettricità. Con la maggior parte delle altre merci, esiste un modo per memorizzarlo prima delle esigenze future, ma in generale questa opzione non è così facilmente disponibile con l'elettricità.

Naturalmente è possibile la memorizzazione. Tradizionalmente questo è stato sotto forma di stoccaggio idroelettrico pompato , dove l'elettricità "libera" viene utilizzata per pompare l'acqua in salita. Più in generale ci sono altre forme di archiviazione possibili e Tesla sta pianificando di contribuire con i suoi progetti Powerwall e Powerpack .

Quando lo stoccaggio della rete diventa più diffuso, è possibile che non si verifichino picchi di prezzo dell'elettricità negativi. I picchi di prezzo continueranno a verificarsi, ma lo stoccaggio può limitare l'estremo di tali picchi, sia in direzione positiva che negativa. Al momento, tuttavia, sono quei picchi negativi che consentono a schemi idroelettrici pompati piuttosto inefficienti di essere convenienti.