Spinning reserve and emission unit commitment through stochastic optimization

This paper proposes a stochastic mixed-integer linear approach to deal with a short-term unit commitment problem with uncertainty on a deregulated electricity market that includes day-ahead bidding and bilateral contracts. The proposed approach considers the typically operation constraints on the thermal units and a spinning reserve. The uncertainty is due to the electricity prices, which are modeled by a scenario set, allowing an acceptable computation. Moreover, emission allowances are considered in a manner to allow for the consideration of environmental constraints. A case study to illustrate the usefulness of the proposed approach is presented and an assessment of the cost for the spinning reserve is obtained by a comparison between the situation with and without spinning reserve.

Spinning reserve and emission unit commitment through stochastic optimization

This paper proposes a stochastic mixed-integer linear approach to deal with a short-term unit commitment problem with uncertainty on a deregulated electricity market that includes day-ahead bidding and bilateral contracts. The proposed approach considers the typically operation constraints on the thermal units and a spinning reserve. The uncertainty is due to the electricity prices, which are modeled by a scenario set, allowing an acceptable computation. Moreover, emission allowances are considered in a manner to allow for the consideration of environmental constraints. A case study to illustrate the usefulness of the proposed approach is presented and an assessment of the cost for the spinning reserve is obtained by a comparison between the situation with and without spinning reserve.

Self-scheduling and bidding strategies of thermal units with stochastic emission constraints

This paper is on the self-scheduling problem for a thermal power producer taking part in a pool-based electricity market as a price-taker, having bilateral contracts and emission-constrained. An approach based on stochastic mixed-integer linear programming approach is proposed for solving the self-scheduling problem. Uncertainty regarding electricity price is considered through a set of scenarios computed by simulation and scenario-reduction. Thermal units are modelled by variable costs, start-up costs and technical operating constraints, such as: forbidden operating zones, ramp up/down limits and minimum up/down time limits. A requirement on emission allowances to mitigate carbon footprint is modelled by a stochastic constraint. Supply functions for different emission allowance levels are accessed in order to establish the optimal bidding strategy. A case study is presented to illustrate the usefulness and the proficiency of the proposed approach in supporting biding strategies. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The Emission Trading Scheme reform: will the Commission's proposal save the system? EPC Policy Brief, 29 May 2015

The European Union’s Emission Trading Scheme (ETS), proposed by the Commission in 2001, entered into force in 2005. It was the flagship instrument of an ambitious policy aiming to reduce the emission of greenhouse gasses in the EU by making emission allowances a freely tradable ‘financial commodity’. However, in recent years, the cracks in the system have begun to show as the price of these CO2 emission allowances has dropped. In this Policy Brief, Jørgen Knud Henningsen argues that the envisaged ETS reform may not be enough to address the system’s shortcomings, and that there should be a more open discussion about its potential if it is to contribute to the EU’s goal of a largely de-carbonised economy by 2050.

Kasvihuonekaasujen päästökaupan ohjausvaikutus sellutehtaan prosessien ja laitteiden kehityksessä

EU:n päästökaupan ensimmäinen jakso alkoi 1.1.2005. Päästökauppa on aiheuttanut sen piiriin kuuluvalle teollisuudelle monia haasteita ja riskejä kasvavien kustannusten muodossa. Massa- ja paperiteollisuus on päästökaupanpiiriin kuuluva teollisuudenala, johon päästökaupan kustannukset vaikuttavat haitallisesti globaalin hinnoittelun vuoksi. Massa- ja paperiteollisuudelle päästökaupasta voi koitua kustannuksia päästöoikeuksien ostamisesta, sähkön, polttoaineiden ja kemikaalien hinnan noususta sekä raaka-ainehuollon vaikeutumisesta. Toisaalta tehtaat voivat hyötyä päästökaupasta alittaessaan päästöoikeutensa tai myydessään sähköä ulkopuoliseen verkkoon. Massa- ja paperiteollisuudessa sähköä kuluu enimmäkseen pumppauksiin eli massan siirtoon ja mekaanisen massan valmistukseen. Suurimpia sähköenergian kuluttajia sellun valmistuksessa ovat soodakattila, puunkäsittely, valkaisu ja lajittelu. Lämpöä tarvitaan haihdutus-, kuivaus- ja keittoprosesseissa. Kemikaaleista klooridioksidin valmistuksessa käytettävä natriumkloraatti on kustannusten kannalta merkittävin kemikaali. Tässä työssä tutkittiin päästökaupan aiheuttamien kustannusten vähentämismahdollisuuksia kohdetehtaalla. Suurin potentiaali liittyy meesauunissa poltettavan maakaasun korvaamiseen mäntyöljyllä tai biomassan kaasutuskaasulla. Kemikaalikulutuksen osalta happidelignifiointi on merkittävin mahdollisuuskustannusten alentamiseksi. Lisäksi päästökaupan kustannuksia voidaan alentaa muun muassa oikealla mitoituksella ja sekundäärilämpöjen optimaalisella käytöllä.

Päästökauppa murrosvaiheessa

Tässä diplomityössä selvitetään EU:n alueella ja erityisesti Suomessa vuoden 2005 alusta alkavaa hiilidioksidin päästökauppaa. Työssä käsitellään päästökaupan tulevia vaikutuksia energia-, metalli- ja metsäteollisuuden kannalta. Myös kansantaloudelliset sekä kokonaistaloudelliset vaikutukset ovat mielenkiinnon kohteena. Työ koskee joiltakin osin myös ilmastonmuutoksen hillintää yleisesti ja ns. Kioton mekanismeja. Työn kuluessa pyritään myös ennakoimaan tulevan päästökaupan volyymia ja päästöyksikön eli hiilidioksiditonnin hintaa, joka on suurimpia epävarmuustekijöitä koko prosessissa. Tulevaa päästökauppaa tarkastellaan myös päästökauppadirektiivin, päästökauppalain ja muiden sitä koskevien lakien säännösten ja määräysten luomassa toimintakehikossa. Työn nimi "Päästökauppa murrosvaiheessa" kuvastaa täten myös sitä, että tarkastelussa ei pyritä välttämättä lopullisiin ja varmoihin tai tarkkoihin arvioihin, koska se on käytännössä mahdotonta. Työn painopiste onkin meneillään olevan päästökaupan valmistelun selvittely monimuotoisena prosessina, jolloin tämän prosessin kuvaus on suurelta osin tässä vaiheessa myös kvalitatiivista. Päästökaupan tulosten ja vaikutusten seuranta jatkossa puolestaan olisi mitä mielenkiintoisin jatkotutkimuksen aihe. Työtä havainnollistetaan kolmella käytännön case -esityksellä, jotka käsittelevät energiayritystä, kattila- ja laitetoimittajaa sekä metsäteollisuuden voimalaitosta, ja niiden varautumista alkavaan päästökauppaan.

Industrial emissions abatement: Untangling the impact of the EU ETS and the economic crisis

In this study we use historical emission data from installations under the European Union Emissions Trading System, -EU ETS- to evaluate the impact of this policy on industrial greenhouse gas emissions during the first two trading phases, 2005-2012. As such the analysis seeks to disentangle two causes of emission abatement: that attributable to the EU ETS and that attributable to the economic crisis that hit the EU in 2008/09. Using a panel data approach the estimated emissions reduction attributable to the EU ETS is about 21 per cent of the total emission abatement during the observation period. These results suggest therefore that the lion’s share of abatement was attributable to the effects of the economic crisis, a finding that has serious implications for future policy adjustments affecting core elements of the EU ETS, including the distribution of EU emission allowances.

Päästöoikeudet metsä- ja metalliteollisuusyritysten taloudellisessa raportoinnissa

Tutkimuksen tavoitteena on selvittää kuinka päästöoikeuksia käsitellään metsä- ja metalliteollisuusyritysten taloudellisessa raportoinnissa. Tutkimuksessa selvitetään myös Euroopan unionin päästökauppajärjestelmän toimintaa. Tutkimuksen teoreettinen viitekehys rakentuu päästökauppaa koskevien tutkimusten sekä IFRS-standardeja koskevan kirjallisuuden pohjalta. Empiirinen tutkimus perustuu kahdeksan yrityksen vuosikertomusten analysointiin. Tutkimustulosten mukaan yritykset eivät sovella yhtenäistä menetelmätapaa päästöoikeuksien kirjanpidollisessa käsittelyssä. Yritykset soveltavat joko nettoperiaatetta tai IFRS-standardien tulkintaa päästöoikeuksista. Päästöoikeudet luokiteltiin aineettomiksi hyödykkeiksi.

Commodity Future Price Premiums – Case EU ETS

The purpose of this thesis was to study commodity future price premiums and their nature on emission allowance markets. The EUA spot and future contracts traded on the secondary market during EU ETS Phase 2 and Phase 3 were selected for empirical testing. The cointegration of spot and future prices was examined with Johansen cointegration methodology. Daily interest rates with a similar tenor to the future contract maturity were used in the cost-of-carry model to calculate the theoretical future prices and to estimate the deviation from the fair value of future contracts, assumed to be explained by the convenience yield. The time-varying dependence of the convenience yield was studied by regression testing the correlation between convenience yield and the time to maturity of the future contract. The results indicated cointegration between spot and future prices, albeit depending on assumptions on linear trend and intercept in cointegration vector Dec-14 and Dec-15 contracts. The convenience yield correlates positively with the time-to-maturity of the future contract during Phase 2, but negatively during Phase 3. The convenience yield featured positive correlation with spot price volatility and negative correlation with future price volatility during both Phases 2 and 3.

EU:n päästökaupan historia ja nykytila

Tässä työssä selvitetään, miten Euroopan Unionin päästökauppajärjestelmä on toiminut sen alusta vuodesta 2005 sen nykytilaan vuonna 2014. Erityisesti huomiota kiinnitetään päästöoikeuksien hintakehitykseen sekä käyttämättömien päästöoikeuksien kertymiseen. Työssä havaitaan, että ylimääräiset jaetut päästöoikeudet ovat aiheuttaneet päästöoikeuksien hinnan laskemista. Liian matalan hinnan seurauksena päästökauppa ei kannusta yrityksiä tekemään investointeja vihreään teknologiaan, vaikka se on yksi päästökauppajärjestelmän päätarkoitus YK:n ilmastosopimuksen täyttymisen varmistamisen ohella. Suurin syy käyttämättömien päästöoikeuksien kertymiseen on vuoden 2008 talouskriisi. Tätä ongelmaa korjataan väliaikaisesti siirtämällä päästöoikeuksia myöhemmin jaettavaksi. Lisää ratkaisuja odotetaan neljännelle päästökauppakaudelle.

Backloading: A necessary, but not sufficient first step. CEPS Special Report No. 72, 20 November 2012

In July 2012, the European Commission issued an invitation for public consultation to review the ‘auctioning time profile’ for the EU Emissions Trading Scheme” in order to collect views from stakeholders and experts in the field of the EU carbon market on a draft for a future amendment of the Commission Regulation on the timing, administration and other aspects of auctioning of greenhouse gas emission allowances. In this submission, the CEPS Carbon Market Forum addresses the following questions and offers its views on the Commission’s proposed amendments: Is back loading a good idea? Is there a need for following up the back loading with structural measures? What should the number be? If this cannot be addressed, what are the considerations for deciding upon that number? What price expectations are linked to the number? On what basis are they construed?

Modelling and forecasting fossil fuels, CO2 and electricity prices and their volatilities

In the current uncertain context that affects both the world economy and the energy sector, with the rapid increase in the prices of oil and gas and the very unstable political situation that affects some of the largest raw materials’ producers, there is a need for developing efficient and powerful quantitative tools that allow to model and forecast fossil fuel prices, CO2 emission allowances prices as well as electricity prices. This will improve decision making for all the agents involved in energy issues. Although there are papers focused on modelling fossil fuel prices, CO2 prices and electricity prices, the literature is scarce on attempts to consider all of them together. This paper focuses on both building a multivariate model for the aforementioned prices and comparing its results with those of univariate ones, in terms of prediction accuracy (univariate and multivariate models are compared for a large span of days, all in the first 4 months in 2011) as well as extracting common features in the volatilities of the prices of all these relevant magnitudes. The common features in volatility are extracted by means of a conditionally heteroskedastic dynamic factor model which allows to solve the curse of dimensionality problem that commonly arises when estimating multivariate GARCH models. Additionally, the common volatility factors obtained are useful for improving the forecasting intervals and have a nice economical interpretation. Besides, the results obtained and methodology proposed can be useful as a starting point for risk management or portfolio optimization under uncertainty in the current context of energy markets.

An intertemporal pricing model for CO2 allowances: The impact of the clean development mechanism

A Work Project, presented as part of the requirements for the Award of a Masters Degree in Finance from the NOVA – School of Business and Economics

VUV spectral line emission measurements in the TCABR tokamak

The study of tokamak plasma light emissions in the vacuum ultraviolet (VUV) region is an important subject since many impurity spectral emissions are present in this region. These spectral emissions can be used to determine the plasma ion temperature and density from different species and spatial positions inside plasma according to their temperatures. We have analyzed VUV spectra from 500 Å to 3200 Å wavelength in the TCABR tokamak plasma including higher diffraction order emissions. There have been identified 37 first diffraction order emissions, resulting in 28 second diffraction order, 24 third diffraction order, and 7 fourth diffraction order lines. The emissions are from impurity species such as OII, OIII, OIV, OV, OVI, OVII, CII, CIII, CIV, NIII, NIV, and NV. All the spectra beyond 1900 Å are from higher diffraction order emissions, and possess much better spectral resolution. Each strong and isolated spectral line, as well as its higher diffraction order emissions suitable for plasma diagnostic is identified and discussed. Finally, an example of ion temperature determination using different diffraction order is presented.

Time resolved emission spectroscopy of poly(2,5-dicyano-p-phenylene-vinylene) films

Films of poly (2,5-dicyano-p-phenylene vinylene), DCNPPV, were obtained by electrochemical synthesis over gold thin layer (20 nm) transparent electrode deposited on a glass plate. The DCNPPV films of 4 µm thickness were produced by electropolymerization process of α,α,α',α'-tetrabromo-2-5-dicyano-p-xilene at different applied potentials (-0.15, -0.25, -0.40, -0.60, -0.80, and -1.0 V) using 0.1 mol L-1 of tetraethylammonium bromide in acetonitrile as the supporting electrolyte. The emission decays have three exponential components: a fast component in the picosecond range (200-400 ps), and two other of about one and five nanoseconds at 293 K. The fluorescence quenching process seems to occur by exciton trapping in a low-energy site and quenching by residual bromine monomer attached at the end of the polymer chain. However, the electrochemical synthesis generates entrapped bromide or ion pairs during the growth step of the film which also contributes to the deactivation. The change of the electrolyte from bromide to perchlorate reduces significantly this additional quenching effect by allowing ion exchange of formed bromide with the nonquenching perchloride anion.