Long-term dynamics of investment decisions in electricity markets with variable renewables development and adequacy objectives
Analyse des dynamiques d’investissement de long terme dans les marches électriques sous contraintes de développement des renouvelables intermittentes et d’adéquation de capacité
Résumé
In liberalised electricity systems, power markets are expected to ensure the long-term coordination of investments in order to guarantee security of supply, sustainability and competitiveness. In the reference energy-only market, it relies on the ability of power markets — where the hourly price is aligned with the marginal cost of the system — to provide an adequate price-signal for investors. However, in practice, questions have been raised about its ability to trigger investments in low-carbon technologies including in particular Renewable Energy Sources of Electricity (RES-E), and its ability to ensure capacity adequacy. After a characterisation of these market failures, this dissertation tackles the two research topics within a methodological framework based on a System Dynamics model developed to simulate private investment decisions in power markets.First, the results show that substituting out-of-market support mechanisms for RES-E by market-based investments helped by the sole implementation of a carbon price appears as a feasible solution to trigger RES-E development providing that there is a political commitment on a high carbon price. Second, it also appears that the energy-only market with price cap is ineffective to ensure capacity adequacy. Adding a capacity market or removing the price cap both bring benefits in terms of loss of load expectation and social welfare. Moreover, the capacity market is identified as the best option for regulators among the considered market designs.
Les marchés électriques libéralisés sont supposés assurer la coordination de long terme des investissements afin de garantir sécurité d’approvisionnement, viabilité et compétitivité. Dans le modèle de référence energy-only, la formation des prix par alignement sur le coût variable de l’équipement marginal sur les marchés horaires successifs fournit un signal prix pour les investisseurs. Cependant, en pratique, ce modèle est remis en question quant à sa capacité à déclencher des investissements dans les technologies bas-carbone et en particulier les énergies renouvelables (EnR) et quant à sa capacité à garantir la sécurité d’approvisionnement. Cette thèse cherche d’abord à caractériser ces deux défaillances de marché puis s’intéresse à différentes solutions pour faire face à chacune d’entre elles. Pour cela, la réflexion s’appuie sur un modèle en System Dynamics développé afin de simuler les investissements dans les marchés électriques.D’une part, les résultats montrent que le remplacement des mécanismes de support hors marché par des investissements par le marché avec l’aide d’un prix du carbone apparait comme une solution pour déclencher le développement des EnR à condition d'un engagement politique fort en faveur d’un prix du carbone élevé. D’autre part, il apparait aussi que le marché energy-only avec des prix plafonnés ne parvient pas à assurer l’adéquation de capacité. L’ajout d’un marché de capacité ou la suppression du plafond de prix permettent une amélioration en termes de nombre d’heure de délestage et de bien-être collectif. De plus, le marché de capacité apparaît comme le meilleur choix pour le régulateur parmi les architectures de marché considérées.
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