Primary energy consumption in the power generation sector and various market structures: a modelling approach
J. Kamiński 1  
 
More details
Hide details
1
Mineral and Energy Economy Research Institute, Polish Academy of Sciences Energy and Environmental Policy Division, Krakow, Poland
 
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2014;30(4):37–50
 
KEYWORDS
ABSTRACT
This paper presents a computable model that can be applied to examinations of primary energy supplies to the power sector given various market structures. Although a similar problem has been already studied, in particular in the context of environmental regulations and technological progress, it would appear prior works have not approached this issue in the context of market structures. This study has formulated a model that enables such analyses to be carried out. The model developed in this article is based upon the game theory approach; Cournot with the inclusion of conjectural variations. It has been formulated as a Mixed Complementarity Problem (MCP), a general mathematical framework which is particularly well suited for modelling energy systems. The model explicitly distinguishes two wholesale electricity trading platforms, namely the day-ahead (DAM), and the bilateral (OTC) market. The model can be implemented in a modelling systems that are frequently used for development of computable models of power systems. Apart from analyses of primary energy consumption in the power generation sector, the model is capable of carrying out welfare analyses, in particular impact analyses regarding: consumer and producer surpluses, dead weight loss, prices and quantities produced. The research presented in this paper will be further complemented with data collection and calibration of the model.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Zużycie energii pierwotnej w sektorze energetycznym w zależności od struktur rynkowych – podejście modelowe
energia pierwotna, modelowanie, sektor wytwórczy
W artykule przedstawiono model matematyczny, który może być zastosowany do badań i analiz dotyczących zużycia energii pierwotnej w sektorze energetycznym dla różnych struktur rynkowych. Choć problematyka ta była już przedmiotem badań w kontekście regulacji środowiskowych czy postępu technologicznego, według najlepszej wiedzy autora wcześniejsze prace nie omawiały problematyki zużycia paliw pierwotnych w zależności od struktur rynkowych. W artykule sformułowano model matematyczny, który umożliwia takie analizy. Model jest oparty na koncepcji teorii gier – zastosowano podejście Cournota z uwzględnieniem oczekiwanych zmian (Conjectural Variations – CV). Model został sformułowany jako problem programowania mieszanego komplementarnego (Mixed Complementarity Problem –MCP), który szczególnie nadaje się do modelowania systemów paliwowo-energetycznych w kontekście rynkowym. Przyjęto założenie o uwzględnieniu dwóch hurtowych rynków obrotu energią elektryczną, a mianowicie rynku dnia następnego (RDN) oraz rynku bilateralnego (OTC). Model może być zaimplementowany w dowolnym systemie modelowania wykorzystywanym do budowy matematycznych modeli systemów paliwowo-energetycznych. Oprócz analiz zużycia energii pierwotnej w sektorze energetycznym model będzie mógł być również wykorzystany do analiz ekonomicznych, w szczególności analiz dobrobytu konsumentów i producentów, strat społecznych oraz cen i wielkości produkcji. Badania przedstawione w niniejszym artykule będą kontynuowane, w szczególności w zakresie pozyskania danych i kalibracji modelu.
 
REFERENCES (30)
1.
Bartela et al. 2012 – Bartela, Ł., Skorek-Osikowska, A., Kotowicz, J. 2012. Integracja bloku elektrociepłowni węglowej na parametry nadkrytyczne z instalacją wychwytu dwutlenku węgla oraz turbiną gazową. Rynek Energii 100(3), s. 56–62.
 
2.
Bartela, Ł. and Kotowicz, J. 2011. Wpływ prowadzenia membranowego procesu separacji CO2 na efektywność nadkrytycznej elektrociepłowni węglowej. Rynek Energii 6(97).
 
3.
Bartela, Ł. and Skorek-Osikowska, A. 2010. Analiza termodynamiczna wybranej struktury elektrociepłowni węglowej na parametry nadkrytyczne. Rynek Energii 90(5), s. 62–8.
 
4.
Beenstock et al. 1999 – Beenstock,M., Goldin, E. and Nabot, D. 1999. The demand for electricity in Israel. Energy Economics 21(2), pp. 168–183.
 
5.
Bentzen, J. and Engsted, T. 1993. Short- and long-run elasticities in energy demand. Energy Economics 15(1), pp. 9–16.
 
6.
Borenstein, S. and Bushnell, J. 1999. An empirical analysis of the potential for market power in California’s electricity industry. Journal of Industrial Economics 47(3), pp. 285–323.
 
7.
Brooke et al. 1992 – Brooke, A., Kendrick, D. A. and Meeraus, A. 1992. GAMS Users’ Guide, Release 2.54. San Francisco: The Scientific Press.
 
8.
Dirkse, S.P. and Ferris, M.C. 1995. The PATH Solver: A Non-monotone stabilization scheme for Mixed Complementarity Problems. Optimization Methods and Software 5(2), pp. 123–156.
 
9.
Ferris, M.C. and Munson, T.S. 2000. Complementarity problems in GAMS and the PATH solver. Journal of Economic Dynamics and Control 24(2), pp. 165–188.
 
10.
Gawlik, L. ed. 2013.Węgiel dla polskiej energetyki w perspektywie 2050 roku – analizy scenariuszowe. Katowice: Wyd. IGSMiE PAN, 299 p. (in Polish).
 
11.
Halicioglu, F. 2007. Residential electricity demand dynamics in Turkey. Energy Economics 29(2), pp. 199–210.
 
12.
Hondroyiannis, G. 2004. Estimating residential demand for electricity in Greece. Energy Economics 26(3), pp. 319–334.
 
13.
Iwicki et al. 2014 – Iwicki, K., Janusz, P. and Szurlej, A. 2014. Wpływ liberalizacji rynku gazu ziemnego na bezpieczeństwo energetyczne Polski. Rynek Energii 3(112), s. 3–13.
 
14.
Jamil, F. and Ahmad, E. 2011. Income and price elasticities of electricity demand: Aggregate and sector-wise analyses. Energy Policy 39(9), pp. 5519–5529.
 
15.
Kamiński, J. 2011. Market power in a coal-based power generation sector: The case of Poland. Energy 36(11), pp. 6634–6644.
 
16.
Kamiński, J. 2012. The development of market power in the Polish power generation sector: A 10-year perspective. Energy Policy vol. 42, pp. 136–147.
 
17.
Kamiński, J. 2014. A blocked takeover in the Polish power sector: A model-based analysis. Energy Policy vol. 66. pp. 42–52.
 
18.
Lise et al. 2006 – Lise, W., Linderhof, V., Kuik, O., Kemfert, C., Östling, R. and Heinzow, T. 2006. A game theoretic model of the Northwestern European electricity market–market power and the environment. Energy Policy 34(15), pp. 2123–2136.
 
19.
Lise et al. 2008 – Lise, W., Hobbs, B.F. and Hers, S. 2008. Market power in the European electricity market – The impacts of dry weather and additional transmission capacity. Energy Policy 36(4), pp. 1331–1343.
 
20.
Mas-Colell et al. 1995 – Mas-Colell, A., Whinston, M.D. and Green, J.R. 1995. Microeconomic Theory. Oxford University Press, New York.
 
21.
PSE 2014 – Polish Power System – report 2013. [Online] Available at: http://www.pse.pl/index.php?di... = 1717.
 
22.
Rapanos, V.T. and Polemis, M.L. 2006. The structure of residential energy demand in Greece. Energy Policy 34(17), pp. 3137–3143.
 
23.
Rutherford, T.F. 2002. Mixed Complementarity Programming with GAMS. Lecture Notes for Econ 6433.
 
24.
Schill, W. and Kemfert, C. 2011. Modeling Strategic Electricity Storage: The Case of Pumped Hydro Storage in Germany. The Energy Journal 32(3), pp. 59–87.
 
25.
Siemek et al. 2010 – Siemek, J., Rychlicki, S., Kaliski, M., Szurlej, A. and Janusz, P. 2010. Rola sektora gazowego w zapewnieniu bezpieczeństwa energetycznego Polski na tle wybranych państw Unii Europejskiej. Rynek Energii nr 3, s. 8–13.
 
26.
Silk, J.I. and Joutz, F.L. 1997. Short and long-run elasticities in US residential electricity demand: a co-integration approach. Energy Economics 19(4), pp. 493–513.
 
27.
Szurlej, A. and Janusz, P. 2013. Natural gas economy in the United States and European markets. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 29(4), p. 77–94.
 
28.
Tirole, J. 1988. The Theory of Industrial Organization. The MIT Press, 487 p.
 
29.
Varian, H.R. 1992. Microeconomic Analysis, 3rd edition. W.W. Norton &Company, 506 p.
 
30.
Zachariadis, T. and Pashourtidou, N. 2007. An empirical analysis of electricity consumption in Cyprus. Energy Economics 29(2), pp. 183–198.
 
eISSN:2299-2324
ISSN:0860-0953