+ All Categories
Home > Documents > Economicsof(Electricity(Generation(...

Economicsof(Electricity(Generation(...

Date post: 13-Mar-2020
Category:
Upload: others
View: 8 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
26
1 Economics of Electricity Generation Economic Dispatch EBF 483 Spring 2014
Transcript

1  

Economics  of  Electricity  Generation  

Economic  Dispatch  

EBF  483  

Spring  2014  

Economic  Dispatch  Topics  

•  System  marginal  cost  curve  and  “system  lambda”  

•  Economic  Dispatch  without  transmission  constraints  

•  CorrecDng  the  Economic  Dispatch  in  the  presence  of  transmission  congesDon.  

Economic  Dispatch  for  a  VerDcally-­‐Integrated  Electric  UDlity  

•  The  uDlity’s  (short-­‐run)  objecDve  is  to  minimize  the  total  generaDon  cost  of  meeDng  electricity  demand.  

•  Economic  Dispatch  is  the  procedure  by  which  the  uDlity  selects  which  of  its  generators  it  will  use  to  meet  electricity  demand.    Basically,  economic  dispatch  is  like  clearing  the  electricity  market.  

Economic  Dispatch  Procedure  •  The  uDlity  constructs  a  marginal  cost  (supply)  curve  for  its  enDre  system.  

•   Demand  is  oUen  assumed  to  be  price-­‐inelasDc  (verDcal  demand  curve).  

•   The  marginal  cost  of  generaDon  at  the  market-­‐clearing  point  (supply  =  demand)  is  called  the  “System  Lambda.”  

•  The  generator  whose  output  serves  the  marginal  kWh  of  electricity  demand  is  called  the  “marginal  unit.”  

Modeling  Supply  Curves  for  Electricity  

Two  common  models  for  modeling  electricity  supply  curves:  

1.  QuadraDc  total  cost;  linear  marginal  cost  (more  realisDc  but  harder)  

2.  Linear  total  cost  of  generaDon;  constant  marginal  cost  (less  realisDc  but  oUen  Dmes  the  best  you  can  do  with  exisDng  data)  

Constant  Generator  Costs  

•  We  often  model  generators  as  having  constant  marginal  costs  of  operation.    (This  is  not  entirely  accurate,  but  detailed  production  cost  data  is  hard  to  get.)

•  We  model  constant  marginal  costs  with  linear  total  cost  functions

•  Ex.  TC(g)=32+5g – MC(g)=  $5/MWh

Example:  Constant  Marginal  Cost  

•  The  system  operator’s  objective  is  to  minimize  the  total  cost  of  electricity  generation,  subject  to  a  constraint  that  total  supply  =  demand.

Generator   Max  Output   Marginal  Cost  1   100  MW   $10/MWh  2   75  MW   $30/MWh  3   20  MW   $60/MWh  

Constant  Cost  Example  (II)  

0  

10  

20  

30  

40  

50  

60  

70  

0   20   40   60   80   100   120   140   160   180   200  

Cost  ($

)  

Quan7ty  

Demand  =  60  MWh  λsystem  =  $10/MWh  

Calculate  Total  Cost  

•  At  Demand  =  60  MWh,  Generator  1  produces  60  MWh;  the  other  generators  produce  0  MWh  (they  are  not  dispatched).

•  Total  Cost:  60  ×  $10  +  0  ×  $30  +  0  ×  $60   =  $600  +  Fixed  Costs

Constant  Cost  Example  (III)  

0  

10  

20  

30  

40  

50  

60  

70  

0   20   40   60   80   100   120   140   160   180   200  

Cost  ($

)  

Quan7ty  

Demand  =  185  MWh  λsystem  =  $60/MWh  

Calculate  Total  Cost  (Again)  

•  At  Demand  =  185  MWh,  Generator  1  produces  100  MWh;  Generator  2  produces  75  MWh;  Generator  3  produces  10  MWh.

•  Total  Cost:  100  ×  $10  +  75  ×  $30  +  10  ×  $60  =  $1000  +  $2250  +  $600 =  $3850  +  Fixed  Costs

Again,  with  Fixed  Costs!  

•  We  will  now  add  Qixed  costs  into  the  problem,  as  follows:

•  Fixed  costs  take  units  of  dollars  (not  dollars  per  MWh)

Generator  Max  

Output  Marginal  Cost   Fixed  Cost  

1   100  MW   $10/MWh   $5  2   75  MW   $30/MWh   $10  3   20  MW   $60/MWh   $15  

Fixed  Cost  Example  

0  

10  

20  

30  

40  

50  

60  

70  

0   20   40   60   80   100   120   140   160   180   200  

Cost  ($

)  

Quan7ty  

Demand  =  110  MWh  λsystem  =  $30/MWh  

Calculate  Total  Cost  (Once  Again)  

•  At  Demand  =  110  MWh,  Generator  1  produces  100  MWh;  Generator  2  produces  10  MWh;  Generator  3  produces  0  MWh.

•  Total  Cost  =  Marginal  +  Fixed  Costs =  100  ×  $10  +  10  ×  $30  +  0  ×  $60   +  $5  +  $10  +  $15 =  $1,300  +  $30 =  $1,330

The  Fixed  Cost  Trap  

•  Be  careful!    Don’t  forget  to  include  Qixed  costs  for  all  generators,  even  those  that  do  not  produce  any  electricity!

•  Since  this  is  the  short-­‐run,  we  assume  that  Qixed  costs  must  be  paid  for  all  plants  in  the  system.

16  

Economic  Dispatch  With  Congestion  

Topics  

•  Transmission  limits  and  transmission  congesDon  

•  Economic  Dispatch  with  transmission  congesDon  

Physical  Transmission  Limits  

Transmission  lines  can  become  constrained  or  “congested”  in  several  different  ways:  

1.  Thermal  limits  (most  important  for  us)  2.  ReacDve  power  3.  Stability  limits  

Thermal  Transmission  Limits  

•  Remember  that  when  current  flows  along  a  transmission  line,  the  line  heats  up.  

•  When  things  heat  up,  they  expand.  

•  When  power  lines  heat  up,  the  expansion  causes  the  power  line  to  “sag.”    If  the  line  sags  too  much,  it  could  touch  a  nearby  tree.    

Some  Cool  Videos  

•  Boom!    (video  @2:30  hlp://www.youtube.com/watch?v=O9WOyHoD2yU)  

•  Zap!      hlp://www.youtube.com/watch?v=vqgNrj6oEdc&feature=fvwrel  

Thermal  Transmission  Limits  

•  To  prevent  “sag,”  limits  on  transmission  line  power  flow  are  established.    These  are  someDmes  called  path  ra2ngs.  

•  These  are  limits  on  the  number  of  MW  that  the  line  can  carry  at  any  given  moment.  

•   Path  raDngs  can  change  by  season,  Dme  of  day,  or  with  system  condiDons.  

Kirchhoff  vs.  Economics!  

•  Path  raDngs  on  transmission  lines  are  constraints  that  system  operators  aren’t  supposed  to  violate.  

•  Because  of  Kirchhoff’s  Laws,  the  system  operator  can’t  simply  tell  electrons  to  follow  uncongested  paths.  

Kirchhoff  vs.  Economics!  

•  If  the  transmission  system  is  congested,  then  the  system  operator  can’t  use  a  perfect  economic  dispatch.  

•  The  system  operator  must  tell  some  generators  to  back  off,  and  tell  others  to  increase  power.    This  is  called  out-­‐of-­‐merit  dispatch.  

Example  

G1  L  

•  MC(G1)  =  $10/MWh  •  MC(G2)  =  $30/MWh  •  Load  demands  100  MWh.  •  Ignore  capacity  limits  on  the  generators,  for  now.    If  there  is  no  limit  on  transmission,  G1=100  MWh  and  G2  =  0  MWh.    Total  system  cost  is  100  MWh  *  $10/MWh  =  $1,000.  

G2  Node  1  Node  2  

Example  

G1  L  

•  If  the  limit  on  the  transmission  line  is  80  MW,  then  G1  cannot  produce  any  more  than  80  MW  before  the  system  operator  says  “back  off!”    The  remaining  20  MWh  must  be  produced  by  G2.  

•  Total  system  cost:  (80  MWh  *  $10/MWh)  +  (20  MWh  *  $30/MWh)  =  $1,400.  

G2  Node  1  Node  2  

Limit  =  80  MW  

Cost  of  Transmission  Congestion  

The  system  cost  of  transmission  congesDon  is  defined  as:  (Total  system  cost  with  congesDon)  –  (Total  system  cost  if  all  transmission  constraints  were  eliminated)    In  our  example,  the  system  cost  of  transmission  congesDon  is  $1,400  -­‐  $1000  =  $400.    This  is  also  the  value  to  the  system  of  increasing  the  flow  limit  on  the  transmission  line.  


Recommended