Coupling Europe's Capacity Markets

Dit paper stelt een nieuw concept voor voor een gekoppelde Europese capaciteitsmarkt die, door gebruik te maken van flow-based marktgekoppeling, de systeemkosten verlaagt en de leveringszekerheid waarborgt door beschikbare capaciteit in buurlanden efficiënter te benutten dan bestaande nationale mechanismen.

De kern

Stel je voor dat Europa een groot dorp is, bestaande uit verschillende buurten (de lidstaten). Iedere buurt heeft zijn eigen elektriciteitscentrales en zijn eigen bewoners. Soms is het in één buurt erg koud of juist erg windstil, waardoor de lokale centrales niet genoeg stroom kunnen leveren. In het verleden dachten we: "Elke buurt regelt het zelf wel." Maar dat bleek duur en inefficiënt.

De auteurs van dit paper, Kamal, Laurens en Kenneth, zeggen: "Waarom bouwen we niet één groot, slim netwerk waar we elkaar helpen?" Maar er is een probleem: de huidige systemen zijn als een verzameling losse schotten. Als buurt A hulp nodig heeft, mag buurt B misschien wel stuur sturen, maar de regels zijn zo vaag of streng dat het vaak niet lukt, of we bouwen te veel dure centrales die nooit gebruikt worden.

Hier is hun oplossing, vertaald in een simpel verhaal met een paar creatieve vergelijkingen:

1. Het Probleem: De "Losse Schotten"

Op dit moment heeft elke land zijn eigen "reserveringsplan" (een capaciteitsmarkt). Ze betalen bedrijven om stroomcentrales te bouwen of open te houden voor het geval het nodig is.

• Het probleem: Land A denkt: "Ik heb 1000 MW nodig." Land B denkt: "Ik heb ook 1000 MW nodig." Ze bouwen allebei 1000 MW.
• De realiteit: Als het in Land A koud is, is het in Land B misschien juist warm. Ze hebben elkaar dus niet nodig op dat moment. Door alles apart te regelen, bouwen we te veel (te duur) of te weinig (gevaarlijk).
• De huidige oplossing: Soms zeggen landen: "We mogen 100 MW uit het buurland halen." Maar ze weten niet zeker of die 100 MW er echt is als het nodig is, of of de kabels dat aan kunnen. Het is als een belofte op papier zonder garantie.

2. De Oplossing: Een Twee-laags Systeem (De "Twee-deurs" Strategie)

De auteurs stellen een slim systeem voor met twee lagen, zoals een huis met een stevige fundering en een flexibele woonkamer.

• Laag 1: De Fundering (Nationale langetermijncontracten)
  Landen mogen zelf beslissen welke energiebronnen ze willen (bijv. meer windmolens of minder kernenergie). Ze tekenen lange contracten (bijv. 10 jaar) om te garanderen dat er genoeg capaciteit is. Dit geeft investeerders zekerheid. Dit is de "nationale soevereiniteit": elk land mag zijn eigen mix bepalen.
• Laag 2: De Woonkamer (Het gekoppelde jaarlijkse veiling)
  Dit is het nieuwe, slimme deel. Eenmaal per jaar komen alle landen samen in één grote veiling. Hier worden de langdurige contracten uit Laag 1 "herverkocht" of aangevuld.
  • De Magie: In plaats van te zeggen "Land A mag 100 MW uit Land B halen", kijken we naar het hele elektriciteitsnet als één groot orgel.

3. De Kern: "Flow-Based Market Coupling" (De Verkeersregelaar)

Dit is het meest creatieve deel van hun idee.

Stel je voor dat het elektriciteitsnet een systeem van rivieren en kanalen is.

• De oude manier (NTC/MEC): De landen zeggen: "Op dit kanaal tussen A en B mag er maximaal 100 schepen per uur varen." Ze tellen dit op voor elk kanaal apart. Het probleem? Als er een storm is (een tekort aan stroom), kan het zijn dat het kanaal tussen A en B vol zit, maar dat er via C en D toch stroom kan stromen. De oude methode ziet dit niet en blokkeert de stroom.
• De nieuwe manier (Flow-Based): Ze gebruiken een slimme verkeersregelaar die het hele kanaalnetwerk in één oogopslag ziet.
  • De regelaar berekent: "Als het in A koud is, en in B warm, en de wind waait in C... dan kan stroom van C via B naar A stromen, zelfs als het kanaal A-B vol lijkt."
  • Ze kijken niet naar statische grenzen, maar naar de fysieke realiteit van het net op het moment dat het echt nodig is (tijdens een stroomtekort).

4. Waarom is dit beter?

• Geen verspilling: In plaats van dat elk land zijn eigen dure "reserveringscentrale" bouwt die nooit draait, kunnen landen stroom uit elkaar halen via het slimme net. Het is alsof je niet in elke straat een eigen brandweerauto bouwt, maar één slim systeem hebt waar de brandweer van de ene wijk razendsnel naar de andere kan rijden als dat nodig is.
• Veiligheid: Omdat de regelaar kijkt naar de echte fysieke grenzen van het net, weten we zeker dat de stroom ook echt aankomt. Geen valse hoop meer.
• Kosten: Het wordt goedkoper voor de consument. Omdat we minder dure centrales hoeven te bouwen en de stroom uit de goedkoopste bronnen haalt (ook als die in een ander land staat), daalt de rekening.

Samenvattend in één zin:

De auteurs zeggen: "Laat landen hun eigen langetermijnplannen maken, maar laat ze hun jaarlijkse inkoop doen in één grote, slimme veiling die het hele elektriciteitsnet als één levend organisme ziet, zodat we stroom precies daarheen sturen waar het nodig is, zonder vast te lopen in bureaucratie."

Het is een overgang van "Elk voor zich" naar "Samen slimmer", waarbij we de natuurwetten van het elektriciteitsnet gebruiken om geld te besparen en de lichten aan te houden.

Technische samenvatting

Hier is een gedetailleerde technische samenvatting van het paper "Coupling Europe's Capacity Markets" van Kamal Adekola, Laurens de Vries en Kenneth Bruninx, in het Nederlands.

1. Het Probleem

Europese lidstaten introduceren steeds vaker nationale capaciteitsmechanismen (CM's) om risico's op energievoorzieningszekerheid (adequacy) te beheersen. Echter, geïsoleerde nationale mechanismen zijn inefficiënt in een sterk verweven elektriciteitssysteem zoals dat van Europa.

• Inefficiëntie: Bestaande regelingen leiden tot onder- of overinvesteringen. Ze waarderen de bijdrage van interconnecties (koppellijnen) onvoldoende.
• Beperkte grensoverschrijdende deelname: Huidige methoden voor grensoverschrijdende deelname zijn beperkt tot "impliciete" deelname (waarbij importverwachtingen de vraag verlagen zonder vergoeding) of "expliciete" deelname gebaseerd op statische "Maximum Entry Capacities" (MEC).
• Circulaire afhankelijkheid: Er bestaat een circulaire afhankelijkheid tussen beschikbare capaciteit en verwachte importen. Impliciete methoden leiden tot een "kip-ei"-dilemma: importen worden afgetrokken van de vraag zonder dat er een prikkel is voor investeringen in de bronnen die die import mogelijk maken.
• Sovereiniteit vs. Integratie: Lidstaten willen hun soevereiniteit behouden over hun energiemix en langetermijninvesteringen, wat volledige harmonisatie bemoeilijkt.

2. Methodologie

De auteurs stellen een nieuw conceptueel ontwerp voor en valideren dit via een wiskundig model.

A. Het Ontwerp: Een Twee-laags Mechanisme
Het voorgestelde systeem combineert nationale soevereiniteit met regionale efficiëntie via twee lagen:

1. Investeringlaag (Nationaal, Langetermijn): Lidstaten verlenen langdurige contracten (bijv. 10-15 jaar) aan nieuwe capaciteit (via centrale veilingen met betrouwbaarheidsopties). Dit de-riskt kapitaalintensieve investeringen en respecteert nationale beleidsdoelen.
2. Koppelingslaag (Regionaal, Jaarlijks): De langdurige contracten worden opnieuw aangeboden in een gekoppelde jaarlijkse capaciteitsveiling. Hierbij worden de contracten verhandeld als "betrouwbaarheidsopties".
   • Flow-Based Market Coupling (FBMC): In plaats van statische MEC's, wordt de logica van FBMC (zoals gebruikt in de dag-veilingen) toegepast op capaciteitsmarkten. Dit houdt rekening met fysieke netwerkbegrenzingen en stroomverdeling tijdens schaarste-situaties.
   • Schaarste-assessment: De veiling gebruikt gecoördineerde schaarste-scenario's (bijv. gelijktijdige pieken of pieken in specifieke zones) om te garanderen dat de toegewezen capaciteit fysiek leverbaar is binnen het net.

B. Wiskundige Formulering

• Het paper modelleert de markt als een Mixed Complementarity Problem (MCP) dat een niet-coöperatief, perfect concurrerend spel beschrijft.
• Agenten: Generatoren, consumenten, een energiemarktoperator en een capaciteitsmarktoperator.
• Netwerkmodel: Het gebruik van de "exacte projectiemethode" (Aravena et al.) om knooppuntbeperkingen te projecteren op zonale netposities binnen een flow-based domein. Dit zorgt ervoor dat de toegewezen capaciteit voldoet aan de thermische limieten van lijnen tijdens schaarste.
• Vergelijking: Het model vergelijkt zes scenario's:
  1. Energy-only market (zonder prijsplafond).
  2. Energy-only market (met prijsplafond).
  3. Capaciteitsmarkt zonder grensoverschrijdende deelname.
  4. Voorgestelde Flow-Based Coupling (CM-FBMC).
  5. Capaciteitsmarkt met expliciete deelname via MEC/NTC.
  6. Capaciteitsmarkt met impliciete deelname.

3. Belangrijkste Bijdragen

1. Conceptueel Ontwerp: Een innovatief tweelaags mechanisme dat nationale langetermijninvesteringen koppelt aan een regionaal jaarlijks marktmechanisme, waarbij soevereiniteit behouden blijft maar regionale efficiëntie wordt vergroot.
2. Wiskundige Innovatie: De ontwikkeling van een MCP-model dat FBMC-logica integreert in de capaciteitsmarktveiling. Dit vervangt de statische "Maximum Entry Capacity" benadering door een endogeen gedefinieerd flow-based domein, wat de leverbaarheid van capaciteit tijdens schaarste garandeert.
3. Empirisch Bewijs: Een gestileerde casestudie (drie zones: A, B, C) die de voordelen van de voorgestelde methode kwantificeert ten opzichte van bestaande methoden.

4. Resultaten (uit de Casestudie)

De simulatie toont aan dat de voorgestelde CM-FBMC methode superieur is aan andere ontwerpen:

• Investeringen en Capaciteitsmix:

  • CM-FBMC voorkomt overinvestering (over-procurement) die vaak voorkomt bij geïsoleerde nationale markten.
  • Het verplaatst investeringen naar goedkopere locaties binnen het netwerk (bijv. meer investering in Zone A in plaats van duurdere Zone C), wat leidt tot een efficiëntere capaciteitsmix.
  • In tegenstelling tot de impliciete methode (CM-Implicit), garandeert FBMC dat er geen "onbetaalde" importen worden aangenomen die niet fysiek leverbaar zijn, waardoor het risico op niet-geleverde energie (ENS) wordt geëlimineerd.

• Grensoverschrijdende Handel:

  • CM-FBMC resulteert in 1,4 GW meer grensoverschrijdende capaciteitsverplichtingen dan de NTC/MEC-methode.
  • Het maximaliseert het gebruik van interconnecties zonder de fysieke leverbaarheid te schaden.

• Congestie-inkomsten (Congestion Rents):

  • De methode genereert aanzienlijke "capaciteits-congestie-inkomsten" (87,1 M€ in de studie), wat hoger is dan in de referentie-energiemarkt. Deze inkomsten kunnen worden herinvesteerd in netwerkinfrastructuur of gebruikt om tarieven te verlagen.

• Totale Systeemkosten:

  • Hoewel capaciteitsmarkten de kosten voor niet-geleverde energie (ENS) elimineren, stijgen de investeringen.
  • CM-FBMC leidt tot de laagste totale systeemkosten onder alle capaciteitsmarkt-scenario's (een toename van slechts 3,45% ten opzichte van de ideale Energy-only markt, vergeleken met 5,18% voor een geïsoleerde markt en 7,86% voor een markt met prijsplafond maar zonder CM).
  • Consumentenkosten dalen in de geïsoleerde zones door lagere capaciteitsprijzen dankzij de efficiëntere allocatie.

5. Betekenis en Conclusie

Het paper concludeert dat de huidige "patchwork" van nationale capaciteitsmechanismen leidt tot inefficiënties en onnodige kosten. De voorgestelde Flow-Based Market Coupling voor capaciteitsmarkten biedt een oplossing die:

• De circulaire afhankelijkheid tussen importverwachtingen en beschikbare capaciteit doorbreekt.
• Netwerkbeperkingen expliciet meeneemt in de veiling, waardoor leverbaarheid gegarandeerd is.
• Nationale soevereiniteit respecteert door langetermijncontracten nationaal te houden, terwijl de korte termijn-efficiëntie wordt geoptimaliseerd via een gekoppelde jaarlijkse veiling.
• Investeringen leidt naar de meest kosteneffectieve locaties in het netwerk.

De auteurs bepleiten dat Regional Coordination Centres (RCC's) de rol kunnen opnemen om de benodigde schaarste-scenario's en flow-based domeinen te berekenen, wat een logische uitbreiding is van hun huidige taken voor de Europese Resource Adequacy Assessment (ERAA). Dit ontwerp vormt een brug tussen politieke realiteit en economische efficiëntie in de Europese energietransitie.