Technical reports

List of technical reports of year 2022

Antonio, Frangioni and Fabrizio, Lacalandra
A Bilevel Programming Approach to Price Decoupling in Pay-as-Clear Markets, with Application to Day-Ahead Electricity Markets
September 27, 2022
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The Italian and European electricity markets are experiencing a crisis caused by sharp increases in gas prices, which are reflected in dramatically higher final cost of electricity for all consumers w.r.t. historical values. This, however, is only in part motivated by the higher price of the gas actually used for electricity production: a very significant contribution is instead due to the "Pay-as-Clear" (PaC) mechanism implemented in the Day-Ahead Electricity Market (DAM), whereby all producers are remunerated at the price of the most expensive--typically, gas-fired--unit. This has led to a surge of the interest in the development of mechanisms capable of decoupling the price paid to the units whose production cost depends on that of fuel--and that therefore must be able to track that to ensure the economic compatibility of their operations--from those for which this is not the case. However, since both types of units participate in satisfying the same demand, this is technically complex. Motivated by this highly compelling application we propose the concept of Segmented Pay-as-Clear (SPaC) market, introducing a new family of market clearing problems--in fact, a relatively straightforward modification of standard ones--that has the potential to achieve such a decoupling without losing the crucial features of the PaC, i.e., that of providing both long- and short-term price signals. The approach is based on dynamically partitioning demand across the segmented markets, where the partitioning is endogenous, i.e., controlled by the model variables, and is chosen to minimise the total system cost. The thusly modified model belongs to the family of Bilevel Programming problems with a non-linear non convex objective function, or more generally a Mathematical Program with Complementarity Constraints; these problems have a higher computational complexity than those corresponding to the standard PaC, but in the same ballpark as the models routinely used in real-world DAMs to represent "nonstandard" requirements, e.g., the unique buying price in the Italian DAM. Thus, SPaC models should still be solvable in a time compatible with market operation with appropriate algorithmic tools. Like all market models, SPaC is not immune to strategic bidding techniques, but some theoretical results indicate that, under the right conditions, the effect of these could be limited. An initial experimental analysis of the proposed models, carried out through Agent Based simulations, seems to indicate a good potential for significant system cost reductions and an effective decoupling of the two markets.

Antonio, Frangioni and Fabrizio, Lacalandra
Mercati dell’Energia Efficienti a Prezzi Marginali Disaccoppiati
May 16, 2022
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Il mercato elettrico italiano ed europeo sta vivendo una situazione di stress causata dai forti incrementi del prezzo del gas, che si riflettono sul costo finale dell'energia elettrica per i consumatori. Tale incremento, però, è in effetti superiore a quanto strettamente dovuto al rincaro del gas effettivamente usato per la produzione elettrica. Questo in ragione del meccanismo Pay-as-Clear (PaC) implementato nel Mercato Day-Ahead dell'energia (DAM), per il quale tutti i produttori vengono remunerati al prezzo dell'unità più costosa---tipicamente quelle, appunto, a gas. Si rivela quindi necessario provare a disaccoppiare le unità di produzione (UP) il cui costo dipende da quello del combustibile, e che quindi devono poter seguire questo ai fini della compatibilit\`a economica delle loro operazioni, da quelle il cui costo di produzione è sostanzialmente costante e non dipende da tali dinamiche. Poiché entrambi i tipi di unità partecipano alla soddisfazione della stessa domanda, questo è però tecnicamente complesso. In questa nota si propone una famiglia di problemi di clearing del DAM (in effetti, una modifica di quelli esistenti) che ha la possibilità di ottenere un tale disaccoppiamento senza perdere le utili caratteristiche del PaC in termini di fornire segnali di prezzo indispensabili sia nel lungo che nel breve periodo. L'approccio si basa sul partizionare dinamicamente la domanda sui due mercati, ove la partizione è una variabile del modello e viene scelta per minimizzare il costo totale di sistema. Il problema così modificato risulta della famiglia dei problemi di Programmazione Bilevel con funzione obiettivo nonlineare nonconvessa, o più in generale un Mathematical Program with Complementarity Constraints; questi problemi hanno una complessità computazionale superiore a quelli attualmente utilizzati, ma sono ancora risolubili in tempi compatibili con l'operatività del mercato con opportuni strumenti algoritmici. Come tutti i modelli di mercato anche quelli proposti non sono immuni a tecniche di strategic bidding, ma alcuni risultati teorici indicano che, nelle giuste condizioni, l'effetto di questi potrebbe essere limitato. Una prima analisi sperimentale dei modelli proposti, effettuata attraverso simulazioni di tipo Agent Based, sembra indicare un buon potenziale per ottenere significative riduzioni del costo di sistema ed un efficace disaccoppiamento dei due mercati.

Bonchi, Filippo and Di Giorgio, Alessandro and Santamaria, Alessio
Tape diagrams for rig categories with finite biproducts
April 27, 2022
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Rig categories with finite biproducts are categories with two monoidal products, where one is a biproduct and the other distributes over it. In this report we present tape diagrams, a sound and complete diagrammatic language for rig categories with finite biproducts, which can be thought intuitively as string diagrams of string diagrams.

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Once published, they will be visible also in these pages. The old TR service is no longer maintained.

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